质子交换膜燃料电池流道尺寸对电池性能的影响

来源:公文范文时间:2022-10-24 17:30:04 点击：推荐访问: 交换尺寸燃料电池

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1.3 仿真方案

在上述几何模型的基础上，保持其他参数不变，依次改变流道的深度为0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm。仿真模拟得出流道深度对燃料电池性能的影响，比较得出较优的流道深度。

2 模拟分析结果

根据Fluent后处理得出的结果，可以得到图2。由图2可知，在保持燃料电池模型其他参数不变的情况下，随着流道深度的逐渐减小，电池的性能不断提高。这是由于保持进气流量不变，改变流道深度，便改变了截面积的大小，因此会导致流道内部气体流速的增加。根据达西定理可知扩散层内的流速与压差呈反比关系。所以，压差增大导致扩散层和催化层的气体质量增加，反应气体的浓度增加。所以，随着流道深度的减小，电池性能不断提高。

由图3可知，在流道深度过小时，阴极流道的压力损失变大，不利于靠近出口处的气体向扩散层和催化层扩散。同时，由于压力损失变大，也不利于燃料电池反应生成的水蒸气的排出，容易造成水淹现象而影响燃料电池的性能。

图4为沿流道方向的阴极流道中心正下方催化层与扩散层交界面的氧气的量浓度分布，阳极流道岸中心正下方催化层与扩散层交界面的氢气的量浓度分布与图4相似。可以看出随着流道深度的减小，催化层和扩散层交界面上气体的量浓度逐渐增加。

综合考虑流道深度对压力损失、气体的量浓度的影响，当深度取值为0.6mm时，输出性能较优。

3 结论

利用Fluent软件对质子交换膜燃料电池的流道尺寸进行了仿真模擬，研究流道深度对燃料电池性能的影响，得到以下结论：质子交换膜燃料电池的性能和流道的深度有关，随着流道深度的逐渐减小，电池的性能逐渐变好，但并不是流道深度越小越好。当流道深度过小时，会造成流道压力损失过大，影响气体向扩散层和催化层扩散，不利于燃料电池性能的提高。质子交换膜燃料电池的流道深度在0.6mm时，电池的综合性能较好。

参考文献：

[1]吴懋亮，曹寿峰，顾竹筠.流道结构对质子交换膜燃料电池工作性能的影响[J].上海电力学院学报，2012（6）：532-536，540.

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