质子交换膜电解池二维两相流综合模拟研究

建立一个二维、非等温质子交换膜电解池两相流稳态模型,研究不同电压下电解池膜电极组件(MEA)中温度、液态水饱和度、膜态水分布以及温度、液态水饱和度和膜厚对质子交换膜电解池性能的影响,并通过实验验证模型的可靠性。实验结果表明:即使忽略接触电阻,膜润湿性较好,高电压(2.0 V)下欧姆损失占比仍可达到34.7%;随着电压的增大,极化损失的主导部分由活化损失变为欧姆损失,且传质损失占总极化损失的比例最小;当电压较小时,膜水含量是质子交换膜(PEM)电导率的主要影响因素,当电压较大时,温度是PEM电导率的主要影响因素。升高温度、增加液态水饱和度及降低膜厚均能有效提高电解池的性能。

高电流密度下薄膜PEMFC自润湿特性研究

为研究薄膜质子交换膜燃料电池在高电流密度下的自润湿特性,使用FLUENT建立三维多物理场稳态模型,并用实验结果验证模型的可靠性。研究发现:随着电流密度的增加,水分布均匀性会提高,1200 mA/cm^(2)为薄膜可实现自润湿的电流密度临界点,高于此电流密度时薄膜中可实现良好的自润湿。在高电流密度下,阴极的加湿会加剧局部水淹现象并导致电池性能下降。降低温度、增加背压及减小膜厚会提升膜的自润湿特性,且膜厚对薄膜的自润湿特性影响最为显著。