基于实际工况的燃料电池水气传输及相变规律研究

利用CFD软件建立二维多相质子交换膜燃料电池单电池模型,对不同工况下质子交换膜燃料电池内部水气传输及相变过程进行仿真。在试验验证及元无关性验证的基础上,分析起步工况、加速工况、急停工况下的质子交换膜燃料电池内部状态变化。研究结果表明:当电流密度为1500 mA/cm^(2)时,质子交换膜燃料电池功率密度达到最大值654.9 mW/cm^(2);起步工况下,质子交换膜燃料电池内部反应会在达到额定功率10 s后逐渐达到平衡;加速工况下,三次方加速模式的最低液态水饱和度界面、水-气相界面的持续时间最长;急停工况下,质子交换膜燃料电池的突然停机会使得其仍保持与停机前相近的状态。

循环曝气压力与活性剂浓度对滴灌带水气传输的影响

适宜的工作压力及表面活性剂浓度对循环曝气效率的提高及地下滴灌水气传输优化具有重要意义。利用循环曝气系统,设置工作压力和活性剂浓度2因素3水平共9个曝气组合,每组均进行非曝气对照试验,分析曝气组合条件对掺气比例、氧传质效率、滴灌带水气传输均匀性的影响。结果表明:循环曝气条件下,不添加活性剂时,压力提高有利于掺气比例增加,添加后,趋势相反;压力一定时,掺气比例随活性剂浓度升高而增加;滴灌带出水均匀性和出气均匀度分别在95%和70%以上;活性剂浓度及压力对氧传质系数分别起到了促进和抑制作用,活性剂的添加大大缩短了曝气时间;掺气比例计算方法能够准确反映曝气滴灌系统中水气传输特性。研究结果对循环曝气滴灌系统水气传输效率的提高及运行成本的降低有重要指导。

燃料电池用气体扩散层厚度影响研究

气体扩散层(GDL)是燃料电池膜电极组件中的核心材料之一,在燃料电池中起到支撑催化层、收集电流、传导气体、排出反应产物水等重要作用。影响GDL材料性能发挥的因素很多,厚度、石墨化程度、孔径大小与孔径分布、亲疏水性等参数都会直接影响GDL的水气传输和导电导热性能。本文主要针对GDL厚度这一较为宏观的结构参数,分析其对电池性能影响的内在机制,并综述了国内外研究现状。

电解制氢设备性能优化及流道设计

PEM电解槽作为一种制氢设备在高电流密度阶段电压损耗严重,主要原因是现有阳极侧流道易出现氧气堆积,反应介质传输能力不足,因此迫切需要对流道构型进行优化。以电解槽水气传输为切入点,在传统平行流道的基础上,提出了一种新型楔形流道。建立电解槽水气传输模型,通过透明电池实验验证了模型的准确性。利用模型分析了平行流场在高电密工况下的水气传输行为,发现氧气聚集是设备性能下降的主要原因。提出了楔形流道设计,氧气的质量流量对比平行流道上升11.9%。完成了两种流场电解槽的试制,通过极化曲线表征,得出楔形流道的传质特性优于平行流道。为电解槽流道设计提供了指导。