不同流场结构对PEMFC性能影响的模拟研究

该文模拟常规矩形平行流场、正六边形平行流场和正六边形蜂窝状仿生学流场对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。通过对极化曲线、氧气和水分布、膜电流密度以及压降和寄生功率密度进行分析,结果表明:正六边形流场表现出良好的输出性能,且正六边形蜂窝状流场的电流密度比常规矩形平行流场和正六边形平行流场分别提升11.28%和4.95%。此外,常规矩形平行流场、正六边形平行流场和正六边形蜂窝状流场的氧气不均匀度分别为0.64、0.53和0.41,正六边形蜂窝状流场展现出更好的水和膜电流密度分布能力,进一步说明正六边形流场缓解了氧气、水和膜电流密度分布不均匀的问题。正六边形蜂窝状流场压降虽比常规矩形平行流场和正六边形平行流场分别增加40.0%和27.7%,有较高的寄生功率密度,但仍获得了最大的净输出功率密度。

基于神经元的PEMFC仿生流道性能模拟研究

质子交换膜燃料电池的流道结构对反应气体的流动和压降等具有重要影响。受神经元结构启发,提出一种兼顾径向流道和仿生流道在压降和气体分布均匀性优点的新型仿生流道结构。通过COMSOL软件模拟研究该新型流道的分支数(2~9)对质子交换膜燃料电池的性能曲线、阴极氧浓度分布、水浓度分布及压降的影响。结果表明:增加流道分支数可提高质子交换膜燃料电池的输出性能,其中9分支流道的峰值功率密度最大,为0.32 W/cm^(2),相比于2分支流道增加了的146.15%;分支数的增加也会提高氧浓度分布的均匀性,阴极气体扩散层与催化层交界面处的平均氧浓度从0.44 mol/m^(3)提高到1.42 mol/m^(3),氧气不均匀度从2.13降低至0.90;分支数的增加也明显改善了弧形流道内的水浓度分布。此外,随着流道分支数从2增加到9,流道压降从38.57 Pa递减至4.47 Pa,质子交换膜燃料电池的输出功率从0.40 W递增到1.56 W。

改进蝙蝠算法在优化PEMFC运行参数研究中的应用

质子交换膜燃料电池工况参数的优化具有多维度和非线性的特点,因此该文提出一种改进蝙蝠优化算法对其进行优化。首先,在种群初始化过程中采用Tent混沌映射策略,以提高初始种群遍历性和多样性。其次,通过自适应权重策略提高蝙蝠个体速度动态更新能力,避免算法陷入局部最优,并使用4种标准测试函数验证改进算法的优越性。然后,通过正交实验法和熵权法提出一种新的综合性能评价目标,并将其作为智能算法优化目标。最后,将改进后算法和综合性能评价目标应用于质子交换膜燃料电池运行工况参数的优化模拟。结果表明,对于质子交换膜燃料电池运行参数模拟优化,改进蝙蝠优化算法比原始蝙蝠优化算法的优化结果提高了8.6%,说明改进蝙蝠算法具有更好的精度。