均匀磁场对质子交换膜燃料电池工作性能影响研究

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1、第33卷第12期可再生能源Vol.33No.122015年12月RenewableEnergyResourcesDec.2015均匀磁场对质子交换膜燃料电池工作性能影响研究吴懋亮，何涛，蔡杰，谢飞（上海电力学院能源与机械工程学院，上海200090）摘要：通过在质子交换膜燃料电池加载不同方向、不同强度的均匀磁场，研究均匀磁场对质子交换膜燃料电池工作性能的影响。研究发现，在燃料电池两侧加载不同方向、不同强度的均匀磁场，可以不同程度提升质子交换膜燃料电池的工作性能。文章对比了磁场方向与质子交换膜燃料电池双极板两侧平行及垂直时的工作性能，垂直磁场下的电池输出功率和工作电流提升幅度最大。

2、当质子交换膜燃料电池分别置于不同强度（270，440，530mT）的均匀磁场时，磁场下的电池输出功率与不加载磁场时有所增大，并且随着外加均匀磁场的增大，电池的输出功率也随之提高。关键词：质子交换膜燃料电池；均匀磁场；工作性能中图分类号：TK6；TM911文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）12-1876-04DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.12.0210引言1.1磁场影响电化学反应的理论基础质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有噪声低、质子交换膜燃料电池工作时，氢气和氧气发红外特征弱、可靠性高、无污染、能量转化效率高生电化

3、学反应产生电能，当燃料电池置于磁场环[1]等特点，在军用和小型移动电源等领域具有很境中，燃料电池由于自由基机理产生的磁场效应高的应用价值。但其昂贵的生产成本和氢源问题是量子力学效应，而磁流体力学机理产生的磁场成为制约燃料电池普及和商业化的主要障效应是电磁学效应，外加均匀磁场条件下磁流体[2]碍，提高燃料电池单位面积功率是解决燃料电动力学力对燃料电池中电化学反应的影响通过电池运行成本问题的方法之一。磁学效应实现。介电子e以速度v在磁通密度为B[3]，[4]燃料电池的工作性能不仅与流道形式、双极的磁场中运动时，所受磁场作用力，即洛伦兹[5]~[7][8]，[9][12]板材质、操作

4、参数等多种因素有关，而且与其力为反应环境等因素有关，通过附加磁场改变质子交换F=e×v（1）膜燃料电池的反应环境，可以影响质子交换膜燃料式（1）中，由于介电子流动方向与洛伦兹力方[10]电池内部的电化学反应过程。H.Matsushima研究了向成直角，所以在磁场中带电粒子的运动受磁场梯度磁场对燃料电池的影响，指出磁场梯度对燃料影响，燃料电池电化学反应中，磁场也会影响电极电池工作性能的作用规律。S.Ragsdale研究了外加附近气体的流动和生成物水的扩散，从而改变电磁场对电化学反应的影响，发现磁力影响电化学化学反应速率。反应，这种影响力叫磁流体动力学力（FMHD），它1.2实验平

5、台的搭建通过带电的反应物或产物在磁场中运动，满足洛本文采用的实验设备和仪器包括：PF-035S[11]伦兹方程。质子交换膜燃料电池输出的电流和功高斯计（力田磁电科技有限公司），PEM-5005H磁率可以通过对物质的磁化来改变，即在质子交换力机（力田磁电科技有限公司）和燃料电池测试系膜燃料电池外部加载磁场，从而提高其能量转化统（Arbin仪器天津有限公司）。率。本文采用磁力机产生磁场，并且将电池置于均实验中测试所用的质子交换膜燃料电池为平匀磁场中，探究不同磁场方向、不同磁场强度对燃板结构，工作面积为26.5mm×26.5mm，采用PLA料电池工作性能的影响规律。塑料双极板、Naf

6、ion-115质子交换膜（美国Du21实验设计Pont公司，铂含量为4mg/cm）和网格状的不锈钢收稿日期：2015-05-17。作者简介：吴懋亮（1970-），男，山东莱芜人，博士，副教授，主要研究领域为燃料电池和3D打印技术。E-mail：wumaoliang@shiep.edu.cn·1876·吴懋亮，等均匀磁场对质子交换膜燃料电池工作性能影响研究集流板。测试系统采用纯度为99.999%的氢、氧（上1.61.4海江南气体有限公司）供气，氢气流量固定为0.081.2L/min，氧气流量为0.1L/min。气体加热温度均为1.0/A0.8不加磁场30℃，操作温度为25℃，环境

7、温度约为25℃。测试平行磁场电流0.6垂直磁场时将燃料电池接入燃料电池测试系统，设置固定0.40.2时间间隔采集并记录数据，从而测定燃料电池的0.0极化曲线、平均功率曲线等相关输出数据，考察燃01020304050料电池输出能效。为保持测试设备的稳定及实验时间/s组的初始测试工况一致，每次实验间隔2h。图2磁场方向对启动阶段质子交换膜燃料电池磁力机产磁两面板气隙间隔为56mm，实验输出电流的影响室所设定磁力机的电流与均匀磁场强度的关系如Fig.2Influenceofmagneticfiel