image: yz− weighted average of current density (a), temperature (b), and water content (d) across the membrane. Averaged water saturation (c) is reported in between GDLs and membrane. Subplot (e) describes the oxygen concentration average in the GDLc/channel/rib interface. Shaded areas represent half-rib zones. Operating temperature is T0 = 343 K and reactants relative humidity is 90%. view more
Credit: Universidad de Sevilla
质子交换膜燃料电池（PEMFC）通过固体电解质膜直接把燃料转化为电能已成为近年来最有前途的氢发电装置之一。一组西班牙塞维利亚大学能源工程系的研究人员与AICIA（安达卢西亚研究与工业合作协会）进行三维CFD 模拟，以分析水在不同工作温度下的PEMFC 直槽性能研究。该研究旨在获得有关燃料电池内部发生的复杂且紧密耦合的相互作用更多信息，并把水的产生和运输与局部温度分布和电池性能联系起来，其中特别强调双极板肋下的特征板块及下方槽。
经过敏感性分析表明，对于正在研究中的工作温度范围 (70–90 ºC)发现，工作温度越高，PEMFC 电气性能越好，前提是在试剂相对湿度保持较高的前提下。尽管该装置在高电流密度（j = 2.25 和 2.57 A/cm2）下运行，但是若改善水的扩散率和电渗阻力则导致离子电导率的改善。
对横截面平均值的研究（参见 IMAGE）得出的结论是，蒸发的影响并没有重要到降低 PEMFC 在此类操作的性能，尽管膜的水饱和度和水合作用水平有所降低。此外，没有量纲的温度曲线图显示一些相似性，这些相似性可能对于通过分析表达式或比例定律进行PEMFC 表征或设计并值得关注。至于氧化剂，根据观察，所有操作温度之间的耗氧量分布非常相似，最高值出现在槽下方，最低值出现在板肋下方，当强度增加时氧浓度明显下降。
尽管进行了一项全面敏感性研究，研究人员表示，鉴于所涉及过程的多样性和耦合性，独立于 PEMFC ，其余部分的单变量分析并不经常可行。
本出版物得以出版得力于以下机构的赞助支持：由大学、研究和技术部的S.G. 资助了PY20 RE 315 026 AICIA 经费补贴、安达卢西亚军政府與FEDER 基金共同出资的316 PAIDI 2020 计划 。PID2019–104441RBI00 资助项目由 317 MCIN/AEI/10.13039/501100011033 与 FEDER 基金共同资助。
Journal
International Journal of Hydrogen Energy
Article Title
New insights into the temperature-water transport-performance relationship in PEM fuel cells
Article Publication Date
10-Jan-2023