發(fā)布時(shí)間：2022-01-16 21:25

　　高溫質(zhì)子交換膜燃料電池（High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell,HT-PEMFC）工作在120-180℃之間,是基于傳統(tǒng)低溫質(zhì)子交換膜燃料電池（Low Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell,LT-PEMFC）而開(kāi)發(fā)的一種新型燃料電池。較高的工作溫度避免了LT-PEMFC中的常見(jiàn)問(wèn)題:復(fù)雜的水管理系統(tǒng)、較低的余熱回收效率、較高的氫氣純度要求等問(wèn)題,因此HT-PEMFC在近年成為燃料電池領(lǐng)域研究的新方向。但是HT-PEMFC較高的工作溫度導(dǎo)致較長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間,增加了其應(yīng)用于新能源汽車(chē)領(lǐng)域的難度,因此探索合理的組合加熱啟動(dòng)策略對(duì)于加快其應(yīng)用于新能源汽車(chē)領(lǐng)域具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義,本文主要進(jìn)行了以下工作:（1）建立了HT-PEMFC的三維多相流模型。根據(jù)HT-PEMFC內(nèi)部的反應(yīng)機(jī)理,基于多物理場(chǎng)耦合在comsol中建立了三維多相流模型,并進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)格劃分、模型假設(shè)以及內(nèi)部控制方程的描述。（2）通過(guò)搭建燃料電池的測(cè)試系統(tǒng),對(duì)自行裝配的HT-PEMFC進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。包括燃料電... 

【文章來(lái)源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：85 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

HT-PEMFC結(jié)構(gòu)示意圖

2高溫質(zhì)子交換膜燃料電池?cái)?shù)學(xué)模型152高溫質(zhì)子交換膜燃料電池?cái)?shù)學(xué)模型本章主要介紹HT-PEMFC數(shù)學(xué)模型的建立，燃料電池內(nèi)部反應(yīng)涉及到的物理場(chǎng)以及模型的相關(guān)控制方程。本章建立的關(guān)于HT-PEMFC的三維多相流模型對(duì)理解電池內(nèi)部傳熱傳質(zhì)機(jī)理，探究各個(gè)參數(shù)對(duì)電池性能影響規(guī)律，進(jìn)而制定合理的組合啟動(dòng)策略具有重要的作用。2.1計(jì)算域和網(wǎng)格劃分本章建立的三維模型如圖2.1所示，由于本文的研究重點(diǎn)是膜和催化層上的溫度變化，所以模型可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。首先采用單一直流道燃料電池模型來(lái)模擬HT-PEMFC的啟動(dòng)過(guò)程。同時(shí)考慮到單電池模型的對(duì)稱(chēng)性，采用對(duì)稱(chēng)邊界條件，這樣可以降低計(jì)算量，縮短時(shí)間。圖2.1三維模型Fig.2.1Three-dimensionalmodel考慮到充分利用現(xiàn)有的計(jì)算資源，需要對(duì)模型網(wǎng)格進(jìn)行合理劃分，軟件默認(rèn)的網(wǎng)格劃分依據(jù)物理場(chǎng)控制網(wǎng)格，其單元尺寸從極端粗化到極端細(xì)化分為9種。采用標(biāo)準(zhǔn)單元尺寸劃分的網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)如圖2.1(a)，可以看出域單元總數(shù)很大，并且平均增長(zhǎng)率較大，這意味著單元與單元之間的變化較大，易產(chǎn)生較大梯度而不收斂。

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文16圖2.2網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)圖(a)物理場(chǎng)控制網(wǎng)格(b)用戶(hù)控制網(wǎng)格Fig.2.2Thegridstatisticalmap(a)Physicalfieldcontrolgrid(b)Usercontrolgrid為了降低計(jì)算量，簡(jiǎn)化網(wǎng)格，需要將物理量變化梯度大的網(wǎng)格區(qū)域細(xì)化，變化梯度小的網(wǎng)格區(qū)域粗化。燃料電池的電化學(xué)反應(yīng)主要發(fā)生在催化層，質(zhì)子交換膜中主要是質(zhì)子和熱量的傳遞，擴(kuò)散層和流道主要是反應(yīng)氣體和熱量的傳遞，所以應(yīng)當(dāng)優(yōu)先細(xì)化催化層的網(wǎng)格數(shù)。而在陰陽(yáng)極的催化層中，陰極催化層反應(yīng)更為強(qiáng)烈，故陰極催化層網(wǎng)格要更加細(xì)化。其次，質(zhì)子交換膜網(wǎng)格要比催化層網(wǎng)格稍微粗化，最后就是擴(kuò)散層和流道可以在膜網(wǎng)格粗細(xì)的基礎(chǔ)上適當(dāng)粗化。對(duì)于雙極板，不是研究的主要對(duì)象，可以采用軟件默認(rèn)的網(wǎng)格大校采用用戶(hù)控制網(wǎng)格進(jìn)行的網(wǎng)格劃分見(jiàn)表2.1，網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)圖如圖2.2(b)所示，首先總的單元數(shù)大大降低，另外平均增長(zhǎng)率接近1，說(shuō)明單元之間的過(guò)渡比較平順，不易出現(xiàn)大的梯度變化。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]車(chē)用質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)-10℃低溫啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究[J]. 陳沛,陳雪松.  汽車(chē)安全與節(jié)能學(xué)報(bào). 2016(04)
[2]質(zhì)子交換膜燃料電池啟動(dòng)策略[J]. 彭躍進(jìn),彭赟,李倫,劉志祥.  工程科學(xué)學(xué)報(bào). 2016(03)
[3]豐田燃料電池車(chē)Mirai——未來(lái)[J]. 付甜甜.  電源技術(shù). 2015(02)
[4]燃料電池汽車(chē)研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 李建秋,方川,徐梁飛.  汽車(chē)安全與節(jié)能學(xué)報(bào). 2014(01)
[5]PEM燃料電池堆低溫儲(chǔ)存與啟動(dòng)方法[J]. 胡章蓉,詹志剛,王慧,潘牧,陳可慧.  電池工業(yè). 2013(06)
[6]質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動(dòng)水熱分布研究進(jìn)展[J]. 翁元明,林瑞,張路,范仁杰,馬建新.  化工進(jìn)展. 2013(S1)
[7]基于氫氣低溫催化燃燒的燃料電池低溫啟動(dòng)研究進(jìn)展[J]. 袁慶,鄭俊生,馬建新.  化工進(jìn)展. 2013(06)
[8]高溫浸漬法PBI/H3PO4復(fù)合膜特性及電池性能研究[J]. 李進(jìn),李曉錦,魯望婷,邵志剛,衣寶廉.  電源技術(shù). 2013(05)
[9]中溫質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J]. 鄧金山,許思傳,常國(guó)峰,沈鵬遠(yuǎn).  電源技術(shù). 2013(02)
[10]質(zhì)子交換膜燃料電池低溫啟動(dòng)研究現(xiàn)狀[J]. 汪震,潘姣,裴后昌,劉志春,涂正凱.  電池工業(yè). 2012(06)

博士論文
[1]基于芳醚型聚苯并咪唑的高溫質(zhì)子交換膜的制備及性能研究[D]. 李曉白.吉林大學(xué) 2017
[2]氧氣還原反應(yīng)催化劑的制備及其電化學(xué)性能研究[D]. 黃德康.華中科技大學(xué) 2016
[3]電化學(xué)環(huán)境下鉑及其合金表面氧氣還原反應(yīng)的理論研究[D]. 韋廣豐.復(fù)旦大學(xué) 2012

碩士論文
[1]新型碳催化劑載體的研究及其在燃料電池中的應(yīng)用[D]. 肖婷.華東交通大學(xué) 2016
[2]全釩液流儲(chǔ)能電池復(fù)合Nafion?隔膜的制備與性能研究?[D]. 崔傳敏.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]高溫PEM燃料電池陰極反應(yīng)機(jī)理及電池特性試驗(yàn)[D]. 宋文帥.沈陽(yáng)建筑大學(xué) 2015
[4]高溫質(zhì)子交換膜燃料電池仿真與設(shè)計(jì)[D]. 吳禹.浙江大學(xué) 2014
[5]高溫質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的模擬與分析[D]. 冶麟.天津大學(xué) 2014
[6]質(zhì)子交換膜燃料電池冷啟動(dòng)研究[D]. 黃永.武漢理工大學(xué) 2008
[7]質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板用石墨基復(fù)合材料的研究[D]. 馬玉恒.浙江大學(xué) 2007
[8]PEMFC發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真研究[D]. 王賢海.武漢理工大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3593448