质子交换膜燃料电池流动传热特性研究

杜跃斐,姜慧羚

上海电气集团股份有限公司 中央研究院 上海 200070

1 研究背景

随着全球科技水平的快速发展,人们对环境问题和能源问题的危机认识逐渐加深,一些知名研究机构和汽车企业将新型能源作为目前和下一阶段社会可持续发展的研究方向。燃料电池具有接近零排放、清洁、高效的特点,被认为具有较广的应用前景。质子交换膜燃料电池是实现氢能利用的一种燃料电池,其电堆中内部流场非常复杂,形成具有良好流动特性的流场结构是提高质子交换膜燃料电池工作输出性能的一个关键因素。燃料电池内部流场结构决定了反应物与生成物在流道内部的流动和扩散,合理的流场结构设计可以保证阴极、阳极气体均匀分配,确保燃料电池有恒定的输出功率,并且将生成物顺利排出,不会产生燃料电池无法正常工作的情况。

近年来,很多科研和工程技术人员对燃料电池进行了研究,包括采用先进仿真手段和测试技术,对质子交换膜燃料电池内部流动和电化学反应机理进行研究。陈磊[1]针对矩形流道建立不同流道尺寸的燃料电池几何模型,使用Fluent软件仿真计算燃料电池的工作过程,研究流道内压力、反应物浓度、温度、水浓度的分布情况。徐一凡[2]围绕金属极板质子交换膜燃料电池中生成水的传输过程,开展水-气传输理论建模、规律分析及流道设计优化,为电堆流场设计提供了理论方法。林鹏[3]研究了质子交换膜燃料电池电堆在封装载荷作用下的力学问题,以数值仿真为主要方法。……