毕业设计（论文）--燃料电池发电性能影响参数研究

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1、武汉理工大学毕业设计（论文）目录摘要IIAbstractIII1绪论11.1引言11.2PEMFC氢能发电研究展望21.3课题研究意义22PEMFC的研究现状32.1PTFE和Nafion含量对燃料电池性能的影响32.2膜厚度对PEMFC性能的影响32.3气体扩散层对PEMFC性能的影响42.4催化层对PEMFC性能的影响52.5流场结构对PEMFC性能的影响52.6湿度对PEMFC性能的影响62.7环境条件对燃料电池性能的影响73PEMFC建模83.1COMSOLMultiphysics的特点介绍83.2PEMFC的模型建立83.2.1模型假设8

2、3.2.2传输方程83.2.3求解方程的选择83.2.4定义物理常数94PEMFC发电性能的研究124.1气体扩散层的孔隙率对PEMFC的影响144.2催化层厚度对PEMFC的影响154.3工作温度对PEMFC的影响164.4压力对PEMFC的影响175总结19参考文献20致谢2222武汉理工大学毕业设计（论文）摘要质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有功率密度高、工作温度低、起动时间短、采用了无毒性的固态电解质不发生泄露等优点。因此，对PEMFC的研究是当今一项重要的课题。本文首先简单介绍了运用COMSOLMultiphysics对PEMFC的建模

3、。之后运用建立好的模型，分析了不同的孔隙率、催化层厚度、工作温度、压力对PEFMC发电性能的影响。最后得出结论：（1）高孔隙率可提高气体扩散，有利于提高PEMFC的发电性能；（2）提高催化层厚度有利于提高PEMFC的性能；（3）提高工作温度有利于提高PEMFC的发电性能，但不可超过80℃；（4）增加气体压力有利于提高PEMFC的发电性能，但考虑到经济因素，一般把最佳压力控制在0.2Mpa。关键词：PEMFC；发电性能；COMSOLMultiphysics22武汉理工大学毕业设计（论文）AbstractProtonexchangemembranefu

4、elcell(PEMFC)hastheadvantageofhighpowerdensity,lowoperatingtemperature,shortstarttime,usingnon-toxicsolidelectrolyteandsoon.Today,thestudyofPEMFChasbecameanimportanttopic.First,thisthesisintroducesmodelingofPEMFCthroughusingCOMSOLMultiphysics.Then,thisthesisanalyzestheperforma

5、nceofPEFMCunderdifferentporosity,catalystlayerthickness,operatingtemperatureandpressurebyusingthewell-establishedmodel.Andtheconclusionis:(1)Highporositycanimprovegasdiffusion,helptoimprovethepowerperformanceofPEMFC;(2)Increasethethicknessofthecatalystthicknesscanimprovetheper

6、formanceofPEMFC;(3)ImproveoperatingtemperatureishelpfultoimprovetheelectricityperformanceofPEMFC,butnotmorethan80℃;(4)IncreasethegaspressurecanimprovethepowerperformanceofPEMFC.Butconsideringtheeconomicfactors,wegenerallycontrolthebestpressurein0.2MPa.KeyWords:PEMFC;electricit

7、yperformance;COMSOLMultiphysics22武汉理工大学毕业设计（论文）1绪论1.1引言质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC)是通过膜电极MEA中气-液-固三项界面的传质、传热而发生电化学反应产生能量的能量转换装置，由于单电池的输出功率较小，在实际中通常以串联的方式存在。单电池主要由阴/阳气流通道、阴/阳极扩散层、阴/阳极催化层、质子交换膜等七个主要组件构成。在其组件中质子交换膜是PEMFC的核心组件，其性能的好坏直接影响电池的输出性能、工作特性、效率及寿命。质子交换膜燃

8、料电池发电在原理上相当于水电解的“逆”装置。阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反