在航空航天应用中PEM燃料电池的热暂时性能:数值研究
Mehdi Seddiq1,2, Mohammad Alnajideen1, Rukshan Navaratne1
1College of Physical Sciences and Engineering, Cardiff University, Cardiff CF24 3AA, U.K.
Energy & fuels : an American Chemical Society journal
|April 30, 2025
概括
聚合物电解质膜燃料电池 (PEMFCs) 在冷热冲击期间表现下降,影响航空航天应用. 了解这些短暂的影响是改善燃料电池耐用性和热管理的关键.
科学领域:
- 航空航天工程 航空航天工程
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 聚合物电解质膜燃料电池 (PEMFCs) 由于其高功率密度和零排放,对航空航天推进有希望.
- 短暂的热条件,特别是在航空航天领域,对PEMFC的性能和耐用性构成挑战.
- 现有的研究还没有充分研究过渡性热效应对PEMFCs的影响.
研究的目的:
- 通过使用经过验证的数值模型,研究PEMFC在热冲击周期下的短暂反应.
- 在温度急剧下降时量化性能退化和恢复动态.
- 为了确定影响PEMFC在短暂寒冷条件下行为的关键因素.
主要方法:
- 用一个验证的数值模拟模型进行PEMFC过渡分析.
- 将模型与实验数据进行基准测试,在极化曲线中达到<10%的偏差.
- 模拟的热冲击周期与双极板壁温度下降到10°C的3-19秒.
主要成果:
- 在热冲击期间,电流密度下降了15%,恢复时间超过4秒.
- 阴极催化剂层的氧气度下降了>20%.
- 膜水含量显示在回收后过度,液体水和度在GDL中增加,阻碍了反应剂的流动.
结论:
- 短暂的温度降低显著影响PEMFC性能,影响电流密度,氧气供应和水资源管理.
- 研究结果强调需要先进的热管理策略,以提高PEMFC在航空航天领域的弹性.
- 这项研究解决了可持续航空的关键挑战,提供了关于PEMFC在短暂条件下的行为的见解.
