试析质子交换膜燃料电池的模型研究

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1、浙江大学硕士学位论文质子交换膜燃料电池的模型研究姓名：李伟申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：何潮洪2000.3.1一}V浙江大掌硕士掌位论文摘要Y388612基于对各种质子交换膜燃料电池机理模型的综述，本文提出j7一个涉及质子交换膜、扩散层和汽道的二维静态传崾，传热簟电浊机理模型。本文首先研究了质子交换膜一水汽的吸收模型。从统讨热：匀学出发，通过对Flory～Huggins高分子溶胀平衡模型进肯改进，难得了一个三参数的质子交换膜一水汽吸收模型。(该模型能够较好地拟合80"C和30。C时膜一水汽的吸收数据。此外还考察了双模式吸收模型和四种修正的三参数BET模型。其中，Ad

2、nerson的修正三参数BET模型因其有较为简单的形式且拟合较好而被用于本文的单电池馍型、一——⋯～～一中。j本文单电池模型在全面考虑质子交换膜中水的分布、扩敞瑟r{，的汽体扩散以及汽道中汽体温度变化的基础上，系统地研究了嚣种操作条件对电池性能的内在影响。f模拟结果表明较高的电池温度、进汽温度，反应气增湿以及维持阴极压力高于阳极均能改善}姐池10性能。、1j，关键词：质子交换膜燃料电池一吸收，传质，传热，电池建能丫浙江大学硕士掌位论文ABSTRACTBasedonthestate‘of-the—artreviewofprotonexchangemembranefuelcelI(

3、PEMFC)，atwo—dimensional，steady-statemodelofmassandheattransportinasinglePEMFCisproposedhere，withconsiderationofthemembrane，thediffusersandthechannels．Atfirst，thesorptionmodelsofwatervapouruptakeintheprotonexchangemembrane(PEM)arediscussed．Athree—parametermodelisderivedfromtheFlory··Hugginsmo

4、delofpolymersolutionswell·-equilibrium．ThedatacorrelatedbythemodelaleingoodagreementwiththeexperimentalonesofwatervapouruptakeinPEMat80。Cand30"C．Inaddition，adual—sorptionmodelandfourkindsofmodifiedBETmodelsarediscussed，andthemodifiedBETmodelpresentedbyAdnersonisusedinthesinglePEMFCmodel，beca

5、useofitssimpleformandgoodaccuracy．ThemodelofasinglePEMFC，consideringofthewaterdistributioninmembrane，thediffusionindiffusersandthetemperaturechangeinchannels，iSusedtosystematicallyinvestigatehowtheoperatingconditionsaffectthecellperformance．ThcresultsShOwthatthecellperformancecarl．beimproved

6、byraisingthetemperatureofthecellandoftheinputstreams，humidifyingtheinputstreams，andmaintainingahigherpressuredropbetweencathodeandanode．Keywords：ProtonexchangemembranefuelcelI(PEMFC)，Sowtion，Masstransport，Heattransport，Cellperformance一¨一V浙江大掌硕士掌位论文第一章前言煤、石油和天然气是世界三大常规能源。近几十年来，燃煤火力发电排放的烟气和燃油汽

7、车尾气给大气造成的污染已成为世界性环境问题。在现今全球面I临能源紧缺和环境污染同趋严重的形势下，研究能源优化利用和洁净能源刀：发是21雌纪能源与环境可持续发展战略的重要组成部分，也是21l!上纪I{J：界经济发展的挑础。为此，燃料电池(Fuelcells，FC)⋯发电这一继水力、火力和核能发IU之后的第四类发电技术因其高效、节能、环境友好而引起了世界范围的广泛兴趣。早在1839年，英国的RobertGrove爵士就已发明了FC，但≥e迅速发腿还是近30年的事。现全世界每年用于FC的研究和开发