高温质子交换膜燃料电池机理模型研究进展.pdf

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1、第43卷第8期当代化工Vo1．43．No．82014年8月ContemporaryChemica1IndustryAugust，2014高温质子交换膜燃料电池机理模型研究进展赵茜茜，屈树国(青岛科技大学化工学院，山东青岛266042)摘要：建立高温质子交换膜燃料电池的机理模型可以加深对其内部传递现象和反应机理的认识，同时可以预测不同参数下燃料电池的性能，对优化电池的操作条件和结构参数等具有重要的指导意义。对现有的高温质子交换膜燃料电池机理模型进行了评述，分析了基于磷酸掺杂聚苯并咪唑膜(H，POgPBI)不同维数的稳态和动态模型

2、及基于其他复合膜模型的优点和不足，并指出了高温质子交换膜燃料电池模型的研究方向。关键词：高温质子交换膜燃料电池；模型；优化中图分类号：TQ646文献标识码：A文章编号：1671—0460(2014)08—1558—04ResearchProgressinMechanismModelforHigh—TemperatureProtonExchangeMembraneFuelCellZHA0Qian—qian，QUShu-guo(DepartmentofChemicalEngineering，QingdaoUniversityofS

3、cience&Technology,ShandongQingdao266042，China)Abstract：Developingmechanismmodelforhigh—temperatureprotonexchangemembranefuelcellcanhelpustounderstandthetransferphenomenaandreactionmechanism．topredicttheperformanceoffuelcellsunderdiferentparametersandoptimizetheopera

4、tionalconditionandstructureparametersoffuelcells．Inthispape~diferenttypesofmathematicalmodelsforhigh—temperatureprotonexchangemembranefue1cellwerecomparedandanalyzed．Theadvantagesanddisadvantagesofvariousmodelsofdiferentdimensionalsteady．stateanddynamicmodelsusingph

5、osphoricacid-dopedpolybenzimidazolemembrane(PBI／H3PO4)andothermembraneswereanalyzed．Finally,theresearchdirectionofthemPEMFCmodelwaspointedout．Keywords：Hi曲．temperatureprotonexchangemembranefue1cells；Model；Optimization燃料电池是一种能量转换装置，它按电化学原(1／2)02+2H+2e一H2O(2)理将贮存在燃料和氧化

6、剂中的化学能直接转化为电反应生成的水通过电极随尾气排出，不会对电解质能，具有高效无污染等优点。质子交换膜燃料电产生稀释，电池总反应：池(Protonexchangemembranefuelcell，简称PEMFC)H2+(1／2)o2H2O(3)是燃料电池的一种，以质子交换膜为电解质，Pt／CPEMFC具有工作温度低、启动快、比功率高、一—或Pt．Ru／C为催化剂，氢或净化重整气为燃料，空结构简单、操作方便等优点，是电动汽车、固定发气或纯氧为氧化剂，带有气体流动通道的石墨或表电站等的首选动力源。面改性的金属板为双极板。PEMF

7、C单电池由膜电极组件(membraneelectrodeassembly,MEA)、流场板和电池端板组成。膜电极是PEMFC电池运行过程I轴赫《罐中化学能转换为电能的核心部件，一般由扩散层、催化层、质子交换膜等组成。结构如图1所示。氢气通过多孔气体扩散电极扩散到阳极催化层，在催化作用下反应生成质子和电子：H22H+2e’(1)图1质子交换膜燃料电池的结构Fig．1SchematicdiagramofPEMFCstructure阴极一侧，氧气通过多孔气体扩散电极扩散到阴极催化层，与阳极传递过来的质子和通过外电路尽管基于全氟磺酸膜

8、的低温(50-80℃)到达的电子发生如下的电化学反应生成水：PEMFC取得了巨大的成功，然而其商业化还面临基金项目：山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(BS2012NJO04)及青岛科技大学科研启动基金(400—0022506)。收稿日期：2014-06—17作者简介：赵茜茜