开孔率对台阶形流道性能影响研究

赵富强，张彦雷,2，董洪泉，丁小凤，闫永臣

(1.太原科技大学重型机械教育部工程研究中心，山西太原030024；2.潍柴动力股份有限公司，山东潍坊261069；3.大同新研氢能源科技有限公司，山西大同037399)

流场设计是针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)极板流场开孔率、几何形状、几何尺寸等方面的研究，是双极板设计的核心内容[1]。开孔率指流场内流道面积占流道与脊背面积之和的比例[2]，是PEMFC 性能优化的一个重要参数指标，是影响PEMFC 的传质、流场排水性和电化学反应性能的关键因素。在新极板构型的设计开发中，针对极板开孔率的研究是不可或缺的重要环节。

现有针对开孔率的研究主要集中在探究不同流道和脊背占比对等截面流道性能的影响。COOPER 等[3]研究了流道和脊部宽度对PEMFC 性能的影响，研究表明在平行流场中，可以通过减小流道和脊背的宽度来提升流场性能。张海峰等[1]研究了几何尺寸和开孔率对平行流场性能的影响，揭示了在采用空气作为反应介质时，开孔率越大电池性能越好；在相同开孔率的情况下，流道尺寸越小电池性能越好的规律。JEON[4]探究了交指流场流道和脊背宽度对水迁移的影响，结果表明较高的流道和脊背宽度能避免气体扩散层脊背下积水，但是可能导致极板传质性能受到限制。唐嘉钰等[5]通过对不同脊槽比、宽度的单通道电池进行研究，分析了阴极极板构型对空冷电堆传质和传导特性的影响，得到空冷电堆脊槽比为3 时输出电压性能最佳的结论。……