对液体冷却质子交换膜燃料电池的冷却特性进行数值研究

科学领域:

• 能源转化和储存 能源转化和储存
• 热力学和热传递 热力学和热传递
• 电化学工程 电化学工程

背景情况:

• 低温质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 面临着重大的热管理挑战.
• 有效的热管理对于PEMFC的效率,耐用性和性能至关重要.
• 现有的冷却策略需要优化,以应对热量产生和温度梯度.

研究的目的:

• 开发和验证单通道PEMFC液体冷却系统的3D稳态数值模型.
• 为了研究冷却液入口温度,流量配置,速度和通道几何学对热性能的影响.
• 确定在PEMFCs中增强热管理的最佳参数.

主要方法:

• 为单通道PEMFC建立一个三维稳定状态数值模型.
• 对冷却液输入温度,反流与并流配置,冷却液速度 (0.05-7 m/s) 和冷却通道横截面几何学的参数分析.
• 评估质子交换膜 (PEM) 温度,温度梯度和压力下降.

主要成果:

• 电池电压的降低加剧了热量的产生,PEM体验最高的温度 (高达8.3°C的差异).
• 相反的流量配置将PEM温度梯度减少23.6%,而相反的流量则减少23.6%.
• 将冷却液速度提高到2m/s将平均PEM温度降低5.2°C,超过这一点的回报率下降,压力下降显著增加.
• 三角冷却道显示出优越的热性能 (75.77°C的平均PEM温度),但需要比矩形道多42%.

结论:

• 优化的反流安排和明智的冷却液速度选择是提高PEMFCs热均性的关键.
• 冷却道的几何形状显著影响热性能,三角道以更高的动力成本提供优势.
• 这些发现为优化下一代PEMFC应用中的液体冷却系统提供了必要的数据.