质子交换膜燃料电池多孔电极内复杂渗流机理分析及其应用研究

摘要

提出了分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作特性的三维复杂渗流模型,给出了与该模型相对应的有限元方法,并对其进行了数值模拟,研究的区域有多孔电极(多孔扩散层和催化层)、多孔流道和质子交换膜.模型同时考虑了流体流动,多组分传递,电荷传递,热量传递和电化学动力学.该模型能描述整个区域的流体输运现象,涉及的不同的源项和相应的物性参数反映不同性质的电池工作区域,通过求解耦合了电化学方程的渗流控制方程组,得到了电池内反应物的组分浓度、流动和温度等空间分布情况及其对电池性能的影响,工作为优化PEMFC的设计提供了参考.