阴极堵块高度和过量系数对PEMFC传质的影响

建立堵块高度分别为50%、70%、90%和94%的强化传质流道三维模型与传统直流道单流道三维模型,研究阴极堵块高度和过量系数对PEMFC传质的影响,分析两种改善传质性能方法的差异。堵块能够增大流道的传质阻力,迫使反应气体向气体扩散层(GDL)和岸下区域扩散。增设堵块能在各种电流密度下提升氧气浓度。增大过量系数,在电流密度大于1.0 A/cm^(2)时,通过浓度梯度扩散,才能显著提升扩散层氧气浓度。堵块高度为94%时,氧气浓度提升19.2%,电池性能提升4.94%;过量系数增大1.5倍时,氧气浓度提升38.4%,电池性能提升12.75%。

PEMFC阴极的强化传质机制

建立强化传质流道三维模型及直流道单流道三维模型,研究堵块高度和阴极过量系数共同作用下质子交换膜燃料电池(PEMFC)的传质性能,提出可预测电池性能影响因素的无量纲数K。K<30时,影响电池性能的因素主要是缺乏反应气体;K>40时,影响电池性能的因素是:流道结构对反应气体的容纳量有限,过大的压降所造成的泵送功率的提升幅度大于电池功率。增设堵块的结构能够使PEMFC在大过量系数下发挥更好的传质强化效果,以94%高度堵块为例,相较于直流道,氧气摩尔浓度在高、低电流密度下的提升幅度分别为38%和20%。