基于蜂窝仿生流场的质子交换膜燃料电池的性能研究及优化

作     者：张凌云 赵雷 卢家鹏 陈辉 朱学军 杨涛 王诚 杜星 ZHANG Lingyun;ZHAO Lei;LU Jiapeng;CHEN Hui;ZHU Xuejun;YANG Tao;WANG Cheng;DU Xing

作者机构：武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 攀枝花学院生物与化学工程学院四川攀枝花617000 

基　　金：国家重点研发计划项目(2022YFE0207600) 国家自然科学基金资助项目(22105151) 湖北省重点研发计划项目(2022BAA094) 湖北省自然科学基金资助项目(2021CFB124,2022CFB626) 四川省科技计划项目(2023YFSY0035) 

出 版 物：《中南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Central South University:Science and Technology)

年 卷 期：2024年第55卷第6期

页      码：2106-2116页

摘      要：为了增强质子交换膜燃料电池(PEMFCs)内部燃料分布的均匀性与水管理能力,本文研究了一种新型的基于仿生结构的蜂窝仿生流场。首先,根据蜂窝结构特征,搭建出三维多相流非等温几何模型并确立PEMFC的数学模型;其次,采用计算流体动力学Fluent软件对模型进行无关性与有效性验证,并对蜂窝仿生流场和常规平行流场的电池性能和燃料分布进行了模拟分析;最后,对比极化性能、气体流速分布、燃料与液态水组分浓度和电流密度分布,验证了蜂窝仿生流场设计的有效性。研究结果表明:采用蜂窝仿生流场的电池峰值功率密度比常规平行流场高15.6%,其内部水管理能力和燃料分布均匀性均强于平行流场;左端进气的蜂窝仿生流场比采用上端进气的蜂窝仿生流场在气体通路内具有更均匀的气体压力,可有效避免流道内产生局部涡流,其峰值功率密度可以达到0.3933 W/cm2。

主 题 词：质子交换膜燃料电池 蜂窝仿生流场 压降 水管理 

学科分类：080703[080703] 08[工学] 0807[工学-电子信息类] 

核心收录：

D　O　I：10.11817/j.issn.1672-7207.2024.06.005

馆 藏 号：203128575...