逆流策略对PEMFC的水管理和电池性能的影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统中通常需要加湿反应气体以维持Nafion膜的高质子传导性。然而,常规的外部加湿方法需要额外的部件,这增加了系统复杂性并导致更大的功率损耗,因此实现反应气体自增湿是十分必要的。提出了可使反应气体自增湿的逆流策略,建立了三维两相全尺寸质子交换膜燃料电池的模型,通过实验和数值模拟的方式研究了逆流策略对电池性能的影响。实验及计算结果表明,相同输出电流时在阳极进气湿度较低的情况下采用逆流策略可改善电池内部的水汽分布情况,使阴极出口更干并提高其他部分的平均湿度,进而提升平均反扩散强度和膜的平均质子电导率,使电池性能提升。

阴极Pt负载量和背压对PEMFC性能的协同影响规律

结合静态模型计算和实验测试,从活化过电势、欧姆损失和浓差过电势三个方面量化分析了阴极Pt负载量和背压协同对质子膜燃料电池(PEMFC)性能的影响规律。考察了阴极Pt负载量为0.1、0.2、0.4 mg?cm^(-2),背压为100、150、200 k Pa条件下的燃料电池性能。通过比较发现,在上述条件任意组合下,随着电流密度增加,活化过电势、欧姆损失和浓差过电势逐渐加大,直接影响燃料电池性能;但在相同背压条件下,随着电流密度增加,低Pt负载量时的浓差过电势比高Pt负载量时增加得更快;同时发现,背压增加对提高燃料电池的性能有帮助,但背压增加对低Pt负载量比对高Pt负载量效果更明显。因此对于低Pt燃料电池,应适当提高运行背压以优化其性能。本文对上述实验结果的产生机理进行了探讨,并期望该结果能对低Pt/超低Pt燃料电池的设计及性能优化提供参考与借鉴。