質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有零排放、低運(yùn)行溫度、低噪聲、高功率密度等優(yōu)點(diǎn),近年來在固定電站系統(tǒng),汽車和備用電源等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。在PEMFC運(yùn)行過程中,反應(yīng)物生成的水從催化劑表面,經(jīng)氣體擴(kuò)散層(GDL)傳輸?shù)綐O板流道內(nèi),最終從流道排出電堆。當(dāng)電堆排水條件不良時則容易產(chǎn)生累積。當(dāng)液體水累積在催化劑表面時,則阻止氣體進(jìn)入催化層、導(dǎo)致反應(yīng)速率下降等,最終影響電堆的性能;當(dāng)更多的液態(tài)水累積到流道內(nèi)時,則阻礙流道內(nèi)氣體的流動,造成壓力分布不均,降低電堆輸出性能。目前,由于宏觀仿真分析方法簡化了GDL中微孔道的描述,難以準(zhǔn)確預(yù)測GDL內(nèi)的水傳輸規(guī)律;而微觀方法,模型復(fù)雜、計算量巨大,難以指導(dǎo)實(shí)際工程電堆的開發(fā)。對于燃料電池電堆中的液態(tài)水的累積、流動規(guī)律以及裝配受壓后GDL內(nèi)的傳質(zhì)、水-氣傳輸建模等方面亟待更深入的研究。本文圍繞金屬極板PEMFC中生成水的傳輸過程,開展了水-氣傳輸理論建模、規(guī)律分析及流道設(shè)計優(yōu)化等研究。首先,建立裝配壓縮的GDL內(nèi)部傳質(zhì)模型,探明了GDL內(nèi)部液態(tài)水排出和脊下氧分壓分布的規(guī)律;分析了氣體通道內(nèi)的液態(tài)水排出行為,提出了考慮通道內(nèi)液態(tài)水累積的反應(yīng)氣壓降預(yù)測方...

【文章頁數(shù)】：152 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-1PEMFC工作原理

上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文64所示。該模型的基本思想是根據(jù)矢量場在壓縮方向上平移纖維，該矢量場取決于壓縮速率和材料內(nèi)纖維的位置。對于給定的纖維材料的3D微結(jié)構(gòu)特征輸入，該模型在任意壓縮率下沿單軸方向壓縮纖維系統(tǒng)，通過模擬退火來估計最佳矢量常該模型應(yīng)用于通過同步加速層析成像獲得的PE....

圖1-2PEMFC水傳輸過程示意[21]

第一章緒論71.2.2氣體通道排水特性研究電池運(yùn)行過程中，如果電化學(xué)反應(yīng)生成的水不能從氣體通道及時移出，會導(dǎo)致電池內(nèi)水的聚集。若電池內(nèi)發(fā)生由于水的聚集而產(chǎn)生的水淹，輕則使電池內(nèi)電流分布不均，電池性能低下，重則引起反極，產(chǎn)生不可逆損害，大大減小電池的壽命。為使生成的水能夠及時的從氣....

圖1-4GDL三維重構(gòu)[39]

上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文8微數(shù)字粒子圖像測速（micro-DPIV）技術(shù)可以針對一定范圍的空氣流量測量位于通道內(nèi)的液滴內(nèi)部的中心橫截面中的速度。此方法便于檢查通道中的空氣速度，液滴內(nèi)的二次旋轉(zhuǎn)流，液滴變形和接觸角滯后之間的關(guān)系。從而可以進(jìn)一步分析在氣-液界面處發(fā)生的空氣和水流之間....

圖1-5基于勻質(zhì)假設(shè)的GDL排水二維模型[40]

上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文8微數(shù)字粒子圖像測速（micro-DPIV）技術(shù)可以針對一定范圍的空氣流量測量位于通道內(nèi)的液滴內(nèi)部的中心橫截面中的速度。此方法便于檢查通道中的空氣速度，液滴內(nèi)的二次旋轉(zhuǎn)流，液滴變形和接觸角滯后之間的關(guān)系。從而可以進(jìn)一步分析在氣-液界面處發(fā)生的空氣和水流之間....

本文編號：3936130