在PEMFC中对交叉流通道和超薄膜的自我加湿的研究
Chenlong Wang1,2, Xiaosong Chen1,2, Xin Xiang1,2
1State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China.
Polymers
|January 17, 2024
概括
这项研究表明,具有交叉通道的质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 可以实现自我加湿,消除对外部加湿器的需求,并在低湿度条件下提高性能.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 能源转换 能源转换
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 对于清洁能源发电至关重要.
- 在PEMFC中实现高效的自我加湿是简化系统设计和降低成本的关键.
- 了解操作条件对自我加湿的影响对于优化PEMFC性能至关重要.
研究的目的:
- 开发和验证一个PEMFC的3D模型与交叉通道进行自我加湿分析.
- 研究在没有外部加湿器的情况下在PEMFC中进行自我加湿的可行性.
- 检查操作条件对自我加湿和电池性能的影响.
主要方法:
- 为具有交叉通道和超薄膜的PEMFC开发3D计算模型.
- 使用具有相同配置的PEMFC堆对模拟结果进行实验验证.
- 系统地改变操作条件,包括温度,压力和电流密度,以评估自我加湿.
主要成果:
- 交叉流通道提高了水分发的均性,在低/无加湿条件下提高了性能.
- 可以消除阳极外部加湿器,在0%到100%的相对湿度之间,性能差异微不足道 (≤3%).
- 在90°C或以下的PEMFC堆中,可以在100-200kPa的逆压下实现自我加湿.
- 电压交叉点,表明最佳的自我加湿,发生在60-80°C与适当的压力之间.
- 性能受到低相对湿度下膜不和和高相对湿度下洪水的限制,最佳电流密度取决于压力和温度.
结论:
- 交叉通道设计有助于PEMFCs有效的自我加湿.
- PEMFC系统可以在没有外部加湿器的情况下运行,简化了设计,并可能降低成本.
- 最佳的操作条件 (温度,压力,电流密度) 对于实现高效的自我加湿和最大限度地提高性能至关重要.
