质子交换膜燃料电池挡板结构优化
苏丹丹1
孙峰2
张志国3
殷宇捷2
庞彬1
董小平1
1.河北大学质量技术监督学院,河北保定 071000;河北省新能源汽车动力系统轻量化技术创新中心,河北保定 0710002.河北大学质量技术监督学院,河北保定 0710003.中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司,天津 300300
摘要：质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)流道结构优化能提高反应气体质量传输效率和电流密度,是改善PEMFC输出性能的有效方法.建立PEMFC单直流道几何模型,通过在流道内添加梯形挡板研究了挡板倾角对反应气体传输特性的影响.结果表明,在流道内添加挡板,可明显提高流道内反应气体流速并促进反应气体由流道向扩散层的质量传输;增大对称和非对称梯形挡板的前、后倾角,可有效增大挡板下方O2质量分数,提高气体扩散层中反应气体通量,强化反应气体质量传输;与对称梯形挡板相比,前倾角75°、后倾角60.或前倾角60°、后倾角75.的非对称梯形挡板强化反应气体质量传输的效果更佳;PEMFC扩散层与催化层中的O2摩尔分数随挡板数量增加而显著提高,且在挡板对应区域出现反应气体浓度波峰;PEMFC输出性能随流道内挡板数量增加而提升.流道内添加11个前倾角60°、后倾角75.的非对称梯形挡板时PEMFC峰值功率密度为0.435 W/cm2,比无挡板时提高6.6％.此外,工作电压U=0.1 V时,无挡板流道的电流密度为1.57 A/cm2,挡板数量为11时,电流密度为1.80 A/cm2,提升约14.6％,研究结果为后续PEMFC流场优化提供了理论和技术借鉴.
关键词：质子交换膜燃料电池流道挡板电流密度功率密度
分类号：TM911.4(独立电源技术（直接发电）)TK91(氢能及其利用)
资助基金：国家自然科学基金(51902081)河北省自然科学基金资助项目(E2021201032)保定市科技计划资助项目(2074P019)河北大学校长基金资助项目(XZJJ202003)
论文发表日期：2022-08-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 15-24 )
英文信息