质子交换膜燃料电池性能优化实验研究

《质子交换膜燃料电池性能优化实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第卷第期工程热物理学报年月质子交换膜燃料电池性能优化实验研究丁靖曹涛锋林鸿母玉同陶文铨西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室程学院西安，能源与动力工，摘要质子交换膜燃料电池是一种能量转换装置具有效率高、噪音低、无污染等优点。本文使用正交实验法和方差分，析法研究了流场板结构、运行温度、阴阳极相对湿度和阴阳极流量对电池性能的影响，并对电池性能进行了优化性能指标采用最大功率和最高效率研究结果表明流场板结枸和运行温度对最大功率有显著影响流场板结构和阳极流量对最，，高效率有显著影响°，对所研究的电池下列组合可得最优性能：蛇形流场板运行温度阴极相对湿度阳极相对湿度阴极流量阳极流量关键词

2、质子交换膜燃料电池；正交实验；方差分析中图分类号：文献标识码：文章编号：°引言质子交换膜燃料电池的性能受到很多参数的影发现加大流量和减小流道间距能提高电池温度分布响。根据参数在运行过程中能否进行改变可将参的均匀性。等研究了催化剂涂层膜（数分为两大类，即运行参数和设计参数。运行参数对燃料电池性能的影响，研究表指在运行过程中能改变的参数，如温度、压力、湿明催化剂涂层膜的催化剂利用率比憎水膜的催化剂度、流量等；设计参数指在运行过程中不能改变的利用率高。参数，如催化剂含量、扩散层孔隙率、流场板结构影响质子交换膜燃料电池性能的因素有十多个，等等⑴研究了蛇形流场板一、平行流场板如果对这十余

3、个参数采用常规方法逐研究其对性和迷宫流场板对燃料电池电流、电压、功率和效率能的影响，需要耗费大量时间和资源采用正交实的影响，研究结果表明蛇形流场板的性能优于其他验法，能以较少的实验次数获得与全因素实验很接两种流场板等⑵⑷研究了反应气体流量、近的实验结果。不少学，减少时间和资源的投入相对湿度和流道间距对电池温度分布的影响，研究者们采用正交实验法进行了有关的研究。收稿日期修订日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目国家重点基础研究发展计划资助项目（（：丁靖士研究生作者简介，硕主要从事质子交换膜燃料电池的研究（男，9期丁靖等质子交换膜燃料电池性能优化实验研究等采用正交实验法研究了电池

4、温度、运行压力、燃料电池阴阳极相对湿度和阴阳极化学计量比流量对质子交实验中使用杜邦公司生产的质换膜燃料电池性能的影响，并且通过优化参数来提子交换膜，有效面积为催化剂为碳载铂，用高燃料电池的最大功率。等先采用正交实验量为。气体扩散层使用上海河森电气有法研究了运行温度、运行压力、阳阴极相对湿度和限公司生产的碳纸气体扩散层带自增湿，阴阳极化学计量比流量对燃料电池性能的影响，并填平层，厚度为密度为。反应对参数进行初步优化一，再利用神经网络法进步对气体采用纯氢气和纯氧气。气体流动方向沿水平方参数进行优化。向。本，氢气和氧气反向流动文研究三种不同结构燃料电池的性能同时受到运行参数和设计参数

5、形式的流场板，分别为平行流场板、蛇形流场板和的影响，然而，前人的研究多集中在运行参数对电组合流场板，如图所示。池性能的影响，没有同时考虑设计参数的影响。鉴头城卫法于此了运行参数和设计参数，所选，本文同时研究择的运行参数为电池温度、气体流量和相对湿度，本文使用正交实验法对质子交换膜燃料电池的设计参数为流场板结构本文使用正交实验法和方性能进行优化。性能评价指标为最大功率和最高效差分析法研究了这些参数对电池性能的影响’并对率、运、阳极’控制因子分别为流场板结构行温度电池性能进行优化。同时研究运行参数和设计参数，流量、阳。其、阴极流量极相对湿度和阴极相对湿度具有两方面意义一。方面，能比

6、较两类参数对电中，流场板结构属于设计参数，其余的都属于运行参池性能的影响大小池性能的优化提供有价值，为电数表给出了各个控制因子的水平设置情况实的参考信息一；另方面，与分别对不同设计参数的验使用正交表。表给出了实验安排与实验燃料电池进行正交实验的情况相比，把设计参数作结。为正交实验的因子，能够大量减少实验次数，节约成本。实验系统控制因子描述水平水平水平蛇形组合平行燃料电池测试系统本文使用美国公司生产的燃料电池测〗：试系统。，测试系统如图所测试系统由飞体供阳极相对湿度应装置、温度控制装置、流量控制装置、压力控制装阴极流量、加湿装置。阳置、电子负载和数据采集系统构成极流量—■人口出口

7、尾气处理爭氢气瓶氮气瓶氧气瓶柱塞阀减压阀电动阀流量计三通阀加湿器加热器；电子负载；燃料电池；电池加热棒；压力传感器；背压阀；电子计算机图燃料电池测试系统1828工程热物理学报卷算公式如下—、”””川”川川”””川⋯”川⋯””川川、式中，尸是、料电池的功率是实际工作条件、■，、、，“‘‘：：、羞■、温度、压力化学反应的反应￡）下二焓是燃料的头际摩尔流量。荽使用方差分析法刘实验数据进行处理，并使用显者“二了二性检验判断控制因子对电池性目旨的彭响是否显者。夕、‘〃▲【爪々芙空始挑空令结里“川⋯丄：