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孔隙率分布对质子交换膜燃料电池性能的影响
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作者 殷宇捷 孙峰 +3 位作者 苏丹丹 秦帅昌 聂旭亮 庞彬 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期808-816,共9页
建立平行、蛇形及叶脉流场的三维质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型,分析不同模型中催化层(CL)的氧气分布特征.针对不同流场模型提出对应的气体扩散层(GDL)孔隙率梯度分布方案,分析不同流场模型中氧气摩尔分数分布、膜电流密度分布、极化... 建立平行、蛇形及叶脉流场的三维质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型,分析不同模型中催化层(CL)的氧气分布特征.针对不同流场模型提出对应的气体扩散层(GDL)孔隙率梯度分布方案,分析不同流场模型中氧气摩尔分数分布、膜电流密度分布、极化曲线与功率密度曲线.结果表明,所提GDL孔隙率梯度分布方案能够强化氧气由GDL向CL的传输效果,改善CL上局部氧气供应不足现象,提升PEMFC输出性能.与常规孔隙率分布的平行、蛇形及叶脉流场模型相比,采用孔隙率梯度分布的流场模型的峰值功率密度分别提高了8.59%,18.26%和15.46%. 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 流场 气体扩散层 孔隙率 催化层
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质子交换膜燃料电池挡板结构优化
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作者 苏丹丹 孙峰 +3 位作者 张志国 殷宇捷 庞彬 董小平 《洁净煤技术》 CAS 北大核心 2022年第8期15-24,共10页
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... 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O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O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/cm^(2),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/cm^(2),挡板数量为11时,电流密度为1.80 A/cm^(2),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。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 流道 挡板 电流密度 功率密度
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PEMFC翅脉流道传质及输出性能分析 被引量:3
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作者 孙峰 苏丹丹 +3 位作者 殷宇捷 董小平 李志远 庞彬 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期414-419,共6页
为研究流道结构对质子交换膜燃料电池(PEMFC)反应气体质量传输及输出性能的影响,建立翅脉流道、叶脉流道及蛇形流道的三维PEMFC几何模型,并对比3种流道的反应气体浓度分布、压力分布及电流密度分布,最后对翅脉流道结构参数进行优化。结... 为研究流道结构对质子交换膜燃料电池(PEMFC)反应气体质量传输及输出性能的影响,建立翅脉流道、叶脉流道及蛇形流道的三维PEMFC几何模型,并对比3种流道的反应气体浓度分布、压力分布及电流密度分布,最后对翅脉流道结构参数进行优化。结果表明,与蛇形流道、叶脉流道相比,翅脉流道能明显改善流道和扩散层内反应气体浓度分布的均匀性,有利于强化反应气体向催化层的质量传递;翅脉流道能减小气体压力分布梯度,使反应气体扩散更加充分;翅脉流道的平均膜电流密度更大,有利于促进电化学反应稳定进行;翅脉流道能改善PEMFC的输出性能,翅脉流道峰值功率密度比蛇形流道、叶脉流道分别提高7.72%和6.25%;减小翅脉流道的直流道长度或圆弧流道圆心角,可提升翅脉流道输出性能。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 数值模拟 气体流道 翅脉流道
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泡沫金属流道对PEMFC性能的影响 被引量:2
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作者 孙峰 苏丹丹 +3 位作者 殷宇捷 庞彬 董小平 李志远 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期4617-4626,共10页
采用立方孔模型建立泡沫金属流道的三维PEMFC几何模型,并与直流道PEMFC模型进行对比分析,其次研究泡沫金属孔隙率对PEMFC反应气体压力分布、反应气体摩尔分数分布以及极化曲线的影响,在此基础上对泡沫金属流道孔隙率分层和孔隙率梯度进... 采用立方孔模型建立泡沫金属流道的三维PEMFC几何模型,并与直流道PEMFC模型进行对比分析,其次研究泡沫金属孔隙率对PEMFC反应气体压力分布、反应气体摩尔分数分布以及极化曲线的影响,在此基础上对泡沫金属流道孔隙率分层和孔隙率梯度进行研究。研究结果表明:与直流道相比,泡沫金属流道PEMFC峰值功率密度提高了23.9%;增大泡沫金属流道的孔隙率,可减小氧气的流动阻力,提高PEMFC的输出性能;增大泡沫金属流道沿气体流动方向或厚度方向的分层数量均能够提高PEMFC的峰值功率密度,并且沿厚度方向的分层方案效果更佳;泡沫金属流道沿厚度方向采用孔隙率梯度设计能够明显提高PEMFC的输出性能。当孔隙率梯度k=5%时,PEMFC的峰值功率密度为0.913 W/cm^(2),比k=0时提高了3.87%。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 泡沫金属 孔隙率 传质特性 电流密度
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