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1、第36卷 第4期电 池Vol136,No142006年 8月BATTERYBIMONTHLYAug1,2006PEMFC阴极排水的研究1,2111,21马海鹏,张华民,胡 军,才英华,衣宝廉(11中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连 116023;21中国科学院研究生院,北京 100049)摘要:采用可视化方法研究了直条单流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极排水过程。通过分析流道首次液态排水时间和平均液态排水间隔时间的变化,研究了电流密度、增湿温度和气体流速等对阴极排水过程的影响。阴极气体非饱和
2、增湿时,生成水以水蒸气和液态水两种方式排出,水蒸气排水为连续过程,液态排水为间歇过程。随着电流密度和相对湿度的提高,液态水的积累速度增加;随着气体流速的增大,生成的水以水蒸气方式排出的比例增大。关键词:质子交换膜燃料电池(PEMFC); 可视化; 排水中图分类号:TM911142文献标识码:A文章编号:1001-1579(2006)04-0249-03StudyonwaterdischarginginthecathodeofPEMFC1,2111,21MAHai2peng,ZHANGHua2min,HUJu
3、n,CAIYing2hua,YIBao2lian(11DalianInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,Dalian,Liaoning116023,China;21GraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)Abstract:WaterdischarginginthecathodeofPEMFCwithsinglestraightflowchannelwass
4、tudiedbyvisualizationmethod1Thefirstandaverageliquidstatewaterdischargingtimebetweenadjacentwaterdischargingwasintroducedtoinvestigatetheef2fectsofcurrentdensity,humidifiedtemperatureandgasflowrateonthewaterdischarginginthecathode1Whenthecathodegaswasunsat
5、urated,waterwasdischargedbymeansofvaporandliquidstatewaterdischarging1Vaporstatewaterdischargingwascontinuous,whileliquidstatewaterdischargingwasintermittent1Theaccumulationrateofliquidstatewaterincreasedwiththein2creasingofthecurrentdensityandrelativehumi
6、dityandmorewaterwasblownoutasvaporstatewiththeincreasingofgasflowrate1Keywords:protonexchangemembranefuelcell(PEMFC);visualization;waterdischarging 质子交换膜燃料电池(PEMFC)近年来得到了迅速发1 实验[1-2]展。电池运行温度一般为50～80℃,所以有液态水出现。111 直条单流道可视化PEMFC如果液态生成水未能及时排出,便会造成“水淹”,引起电池性直
7、条单流道可视化PEMFC由阴、阳极端板,阴、阳极流场,能降低。目前所采用的气相色谱、核磁共振和中子成像等技术[3-4]MEA等组成,组装示意图如图1。阴极端板采用透明材料,进在研究电池内水的迁移行为方面均存在不足。近期开发行可视化设计。阴、阳极流场板(同时作为集流板)为石墨板。[5-6]的可视化技术可在线直接观察流道内水的累积、变化及排阴极仅有一条直流道(1mm×1mm×125mm)。在阳极流场板出过程。背面刻绘水流道,通循环水,以调节电池温度。本文作者设计了一种直条单流道可视化PEMFC,采用数2阴、阳极
8、催化剂为Pt/C(015mg/cm),PTFE(30%),码相机(DIMAGE2A2)记录液态水在阴极流道内的出现、累积及Nafion1035膜,Toray炭纸扩散层,MEA(4mm×125mm,有效排出过程,由此确定电池运行过程中的首次液态排水时间(t1)反应面积为5cm2)。和平均液态排水间隔时间(tp),考察电流密度、反应气体增湿温112 测试条件度和反应气体流速等操作参数对电池阴极排水过程的影响。 电池
