摘要：在空气自然对流式燃料电池内部,速度、温度、组分浓度及电流分布特性有着极强的耦合作用.氧气质量传输限制引起的浓度过电位是这种燃料电池的主要性能损失.从自然对流、传热传质的角度,建立了三维数学模型.利用三维流体动力学软件和用户建立的子程序,对自然对流下Navier-Stokes方程,能量方程,电化学动力学方程以及组分、水的传输方程进行了数值求解.通过分析数值计算的结果,结合自然对流的特性,设计了实验系统.对温度分布和电池性能进行了测试.对空气湿度对电池性能的影响进行了分析.数值计算结果与实验结果很好地吻合.模型的建立,对于认识空气自然对流式质子交换膜燃料电池内部的耦合传输现象有极大的意义,可以作为质子交换膜燃料电池的计算机辅助优化设计工具.

摘要：空气自然对流的小型燃料电池不同于强制对流下工作的燃料电池, 阴极反应气来源于空气的自然对流.由于这一自然对流的特性, 电池内部的质量、能量、动量以及电化学反应方程存在着极强的耦合关系. 从水、热管理的角度, 考虑了电池内部的流动、电化学反应、热和质量的传输, 以及它们之间的相互关系, 建立了空气自然对流下的质子交换膜燃料电池的二维数学模型. 针对不同的阴极流道宽度和间隔宽度, 对温度、流动速率、分压以及电化学性能参数等进行了计算, 分析了这些参数之间的相互影响. 有助于理解电池内部现象之间的相互关系, 对燃料电池双极板和电池结构设计有指导意义.