PEM燃料电池中质子交换膜内水和质子的迁移特性

质子交换膜的水含量及水和质子的迁移对PEM燃料电池的性能具有重要影响.提出了一个稳态两相流数学模型,用以研究质子交换膜中的水迁移和水含量及其与质子传递阻力的关系.模型耦合了连续方程、动量守恒方程、物料守恒方程和水在质子交换膜中的传递方程.通过与实验数据对比,验证了模型的有效性.分析模拟结果发现,当电流密度相同时,沿气体流动方向,质子交换膜中水的电渗拉力系数、反扩散系数和水力渗透系数逐步增大,而水的净迁移系数逐步减小;同时,质子交换膜的含水量增加,质子传递阻力逐步下降;增大电池的操作压力,电渗拉力系数、反扩散系数、水力渗透系数、水净迁移系数和质子膜的含水量增加,而质子传递阻力下降,使燃料电池的性能得到了提高.

操作参数对PEM燃料电池中水迁移的影响

质子膜内水分和阴极多孔电极中液态水含量是PEM燃料电池正常运行的控制因素。本文给出了一个用于研究PEM燃料电池内水迁移的稳态、等温、两相流模型。模型耦合了连续方程、动量守恒方程和物质守恒方程,以及水在质子膜中传递方程。运用试验结果验证了模型的有效性。分析模拟结果表明,增大系统操作压力、升高电池操作温度和降低加湿温度将会使质子膜中水的净迁移通量增大;增大操作压力、降低操作温度和升高加湿温度会增加阴极CTL与GDL界面上液态水含量。

质子交换膜燃料电池多孔介质中水的两相迁移

在混合流动模型的基础上,建立了一个新的二维两相流模型来研究质子交换膜燃料电池内水分的传递规律和分布状态,在该模型中,催化剂层作为一个有厚度的实体包含在电极中.模型耦合了质子交换膜燃料电池电极中的流动方程.组分方程、催化剂层和质子交换膜中的电势和电流密度分布方程,可以应用在质子交换膜燃料电池的阴极,也可以使用在阳极.同时,模型还考虑了相变引起的液相和气相间的动量变化,重点模拟了水分在燃料电池的阴极、阳极和质子交换膜中的传递规律及其分布状态.模拟结果显示:升高加湿温度、提高电流密度和降低电池温度都会使电池质子膜中的水分含量增大,质子传导率升高,也会使阴极中液态水含量增加,阴极浓差极化加剧.

PEM燃料电池阴极中的液态水及其影响因素

阴极多孔介质中液态水的含量对PEM燃料电池阴极中的传质及其性能具有极其重要的影响。提出了一个二维、两相、稳态数学模型,研究PEM燃料电池阴极中两相水的传递及其对电池性能的影响。模型耦合了连续方程、动量方程和组分守恒方程,并将质子膜中的净水迁移通量作为边界条件之一来处理。通过实验的方法和数值模拟的方法,研究了电池操作压力和温度对电池性能的影响,同时验证了模型的有效性。模拟发现:提高操作压力和升高阴极加湿温度使电池阴极催化剂层(CTL)和扩散层(GDL)界面上的液态水含量大幅提高;升高阳极加湿温度,电池阴极CTL和GDL界面上的液态水含量变化不明显;而升高燃料电池的操作温度,阴极CTL和GDL界面上液态水的含量降低。

PEM燃料电池内液态水和温度分布特性

水和热的管理对PEM燃料电池的性能具有决定性的作用。本文建立了一个两相流模型,对PEM燃料电池换质子交换膜和阴极中的水分和温度进行了模拟,分析了燃料电池阴极中液态水和质子交换膜中水分,以及阴极催化剂层和质子交换膜中温度的分布状态。模拟结果显示:升高加湿温度,电池阴极中的液态水和质子交换膜中的含水量显著增加;沿着气体流动方向,燃料电池内的温度降低,水分含量升高;从质子交换膜阳极侧到阴极催化剂层中,温度先升高,达到最大值后,渐渐降低。

阴极流道深度对PEM燃料电池影响的模拟

目的研究水在PEM(质子交换膜)燃料电池内部的传递与分布.方法改进了一个耦合气体流道和气体扩散层的二维、两相、多组分PEM燃料电池模型,该模型考虑了重力对内部传质的影响.结果通过模拟研究,得到了阳极在上时,不同阴极流道深度对电池内水分布的影响.对比了流道深度为0.5 mm,0.75 mm,1.0 mm和1.25 mm时,水的质量分数分布情况.结论在电池流道内,水的质量分数沿着流道方向变化比较明显,而沿着电池厚度方向变化比较小;在催化层内,水的质量分数沿着流道方向变化不明显,而沿着电池厚度方向变化比较大;在气体扩散层内,在沿着流道方向和电池厚度方向都变化.在阴极相同流道位置,水的质量分数随着流道深度的增加而减少.阴极流道深度越深,水就越容易排出.

PEM燃料电池中的两相传质及其影响

建立了一个新的二维、两相流模型来研究质子交换膜(PEM)燃料电池中的两相传质及其对质子膜阻抗和阴极性能的影响。模型不仅将催化剂层(CL)包含在电极中,还考虑了电池中相变及其对传质的影响。模型可同时使用在电池的阴极和阳极。主要模拟了电池阴极中两相传质、质子膜阻抗、阴极有效孔隙率和电流密度。模拟结果显示,提高加湿温度可以降低质子膜的阻抗,但过高的加湿温度会降低阴极气体扩散层(GDL)的有效孔隙率,降低阴极的性能。

PEMFC阴极催化剂性能的探讨

依据PEMFC阴极催化剂层内氧消耗和电流生成平衡的原则 ,建立了反映阴极催化剂层性能的数学模型 ,并用实验验证了此模型的有效性 .分析了过电压、质子传导率和催化剂表面积等参数对催化剂层性能的影响 .

质子交换膜燃料电池在不同放电状态下的阻抗分析

针对质子交换膜燃料电池在不同放电状况下具有不同阻抗的特性,通过电化学阻抗谱法测量了单蛇形流场质子交换膜燃料电池在不同放电电流下的电化学阻抗谱图,并通过R(QR)等效电路模拟得到电池在不同工作状态下的电路元件参数.实验结果表明,由于随着放电电流的增大,电池内的水由少到多再到过量,从而引起电极上的反应过程由慢到快再变缓,因此电池内部的电荷转移电阻先减小后增大.在大电流情况下,由双电层充放电效应引起的附加阻抗比较明显,使得放电电流越大,电池的系统阻抗增大越显著,而在中等放电电流(5 A)时,电池系统的阻抗最小.

浅议水库防护工程方案设计

水电工程建设移民安置过程中,在有条件的地方修建防护工程可有效减少淹没损失和安置难度。为了更好地充分利用防护工程进行移民安置,结合工程实例,分析总结了影响防护工程修建的各种因素,包括适合修建防护区的条件、工程技术的可行性、社会经济效益、防护方案选择、防护高程的确定、主要防护措施等。防护工程的修建与否应综合考虑淹没范围、淹没设施、经济技术可行性、水库运行等综合要素,才能取得最好的社会经济效益。

水利工程建设征地企事业单位补偿评估问题探讨

水利水电工程建设征地涉及的企事业单位多,因其行业类型不同,规模各异,因此在进行补偿费用测算时疑难点较多。从"原标准、原规模或恢复原功能"的原则出发,对企事业单位补偿评估中出现的停产停工损失、存货资产数量核定和评估指标,以及设备补偿中搬迁、变现处理等过程中存在的问题,借鉴财务及资产评估等专业知识进行分析,提出契合水利水电工程建设征地实践的企事业单位补偿评估测算指标。

对水库淹没区居民房屋实物指标调查的思考

为了科学地调查登记居民房屋的实物指标,准确地反映水库淹没损失和合理地计算移民补偿投资,针对现有调查计量方法的不足,提出了"实物量直观计量"的调查方法,该方法能如实地反映出受水库蓄水淹没实物的型、质和量,简单直观,通俗易懂,便于移民群众理解和接受。与此同时,还提出了水库淹没实物指标调查的几点建议,有利于工程可研设计阶段水库淹没调查的实物指标在移民实施阶段得到正确的使用,方便地方政府在实施移民安置规划时将移民补偿资金结算到户,切实维护了移民群众的利益。

水电工程移民安置建设费概算编制有关问题探讨

移民安置建设费用概算编制是水电工程建设征地移民安置规划设计阶段概估算的一个重要组成部分。由于农村居民点和迁建城集镇场内基础设施涉及专业多、面广,与专业项目之间有联系和交叉,使概算编制具有一定复杂性。以《水电工程建设征地移民安置补偿费用概(估)算编制规范》为基础,对项目划分及分界、计价定额运用、材料预算价格取定、取费标准、基础设施建设单价编制及动态管理等进行了探讨,以期使建设征地移民安置补偿费用概算编制更趋合理。

三峡库区胡家坝消落区综合整治与开发利用

在分析三峡水库建成运行对胡家坝消落区生态环境产生的不利影响的基础上,按照综合整治与开发利用相结合的原则与思路,制定了治理开发方案,即对地势较低的区域进行开挖,将高程降低到三峡水库汛限水位以下,使其常年保持淹没状态;充分利用工程开挖料和料场开挖料,对地势较高的区域进一步回填垫高,作为干地加以利用;在工程措施的基础上,配合生态护坡措施。实践证明,胡家坝消落区的综合整治方案既没有对三峡水库的防洪库容产生较大影响,又增加了奉节县城市开发用地,改善了生态环境,实现了较好的社会、经济效益。

PEM燃料电池内水分布和温度分布的数值模拟

本文建立了一个两相流、非等温、三维模型来研究PEM燃料电池内的传递过程,讨论了其内部水分布和温度分布特性。模拟结果表明水分布和温度分布都不均匀。沿着流动方向阳极侧水浓度逐渐降低,而阴极侧水浓度却不断升高,导致阴极容易形成液态水;在垂直流动方向上,脊下水的浓度和液态水饱和度都高于流道下;不同放电电压下阴极GDL中液态水分布趋势不同。沿流动方向温度逐渐降低,反应气体不足时降低梯度更大;脊下膜电极中温度低于流道下;垂直膜电极方向上最高温度在阴极催化层,放电电压越低,温度梯度越大;相同放电电压下质子交换膜越厚,各处的温度越低,温度梯度也越小。

PEM燃料电池内部水传递的数值模拟

水的传递和分布对PEM燃料电池的性能具有重要影响,本文建立了一套分区域求解、两相流、非等温数学模型对此进行了研究,首次清晰地展示出二维空间的水传递和分布特性,得到如下有价值的详细信息:沿流动方向阳极侧的总水分浓度不断降低,而阴极侧的却不断升高,阴极流道末端易发生水淹;阴极GDL中的液态水分布随电流大小而不同:小电流时从内到外逐渐减少,而大电流时则逐渐增多。