1、高溫質(zhì)子交換膜燃料電池具備電化學(xué)反應(yīng)速率快、水管理簡(jiǎn)易、CO容忍度高以及廢熱利用率高等優(yōu)點(diǎn),受到越來越廣泛的關(guān)注。目前高溫質(zhì)子交換膜燃料電池主要研究方向是單電池材料、電化學(xué)性能,而對(duì)電池堆的研究比較匱乏。
　　本文建立了一個(gè)高溫質(zhì)子交換膜燃料電池堆的數(shù)學(xué)模型,模型分為三個(gè)模塊:電池堆流體模塊、單電池模塊以及熱傳遞模塊。在流體模塊中,通過管道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計(jì)算宏觀電池堆中進(jìn)排氣管道和單電池流道的氣體分布;單電池模塊則是利用流體模塊中求解出

2、的氣體分布計(jì)算電池堆中各單電池的電化學(xué)性能;熱傳遞模塊用于分析電池堆的溫度分布。
　　利用電池堆模型對(duì)一個(gè)基本案例進(jìn)行研究,分析電池堆內(nèi)氣體分布、溫度分布以及電化學(xué)性能分布的趨勢(shì)及其影響因素。隨后,以該基本案例為參照,研究了電池堆的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)對(duì)其性能不均衡性的影響。研究結(jié)果表明,單電池?cái)?shù)量和電流密度的增加雖然是為了提高電池堆的總功率,但是都會(huì)使電池堆內(nèi)各單電池的輸出電壓不均衡性增強(qiáng);進(jìn)排氣管道直徑的增大會(huì)比較理想地改善電池

3、堆不均衡性,同樣的原理可以運(yùn)用到單電池內(nèi)部的平行流道分布,使得單電池流道、電池堆內(nèi)均有較好的氣體分布均衡性;陽極進(jìn)氣相對(duì)濕度的提高能夠很有效地降低電池堆內(nèi)各單電池歐姆電壓損失,且不會(huì)增強(qiáng)輸出電壓的不均衡性,但高溫條件下提高氫氣加濕度比較困難;陰極化學(xué)計(jì)量數(shù)和進(jìn)氣壓力的提高有利于電池堆內(nèi)部氣體濃度的升高,從而使電池堆的電化學(xué)性能、輸出功率有一定的提高,同時(shí)也不會(huì)造成電池堆性能不均衡性的惡化,但需要空壓機(jī)做更多的功,因此這樣的措施有可能使系

4、統(tǒng)功率方面得不償失。
　　此外,本文還研究了電池堆冷卻板布置方式對(duì)電池堆性能的影響,通過增加兩個(gè)冷卻板之間的單電池個(gè)數(shù)以降低電池堆的尺寸。研究結(jié)果表明,增加兩個(gè)冷卻板之間的單電池個(gè)數(shù)會(huì)使得電池堆整體溫度有所上升,且兩個(gè)冷卻板之間的單電池溫度差異也越來越大。這些因素造成電池堆內(nèi)氣體濃度的不均衡性惡化,直接導(dǎo)致各單電池輸出電壓產(chǎn)生較大的差異。當(dāng)兩個(gè)冷卻板之間的單電池個(gè)數(shù)增加到一定數(shù)量后還會(huì)產(chǎn)生有些單電池供氣不足的現(xiàn)象。本研究對(duì)于實(shí)際的