车用质子交换膜燃料电池膜增湿研究

摘要

质子交换膜燃料电池(PEMFC)采用的固体电解质,只有在有较高的含水量条件下才具有较高的电导率,才能取得较高的能量密度,但在电池的一般工作条件下水平衡难以达到,必须对电池进行增湿.论文分析了燃料电池增湿的方法与优缺点,阐述了质子交换膜燃料电池膜中和膜表面水的输运过程及燃料电池失水机理,从蒸发理论入手讨论了燃料电池阴阳极要达到水平衡增湿温度与增湿湿度的关系,从模拟和实验两方面讨论了增湿湿度对电池性能的影响,进行了膜增湿实验,为膜增湿器的研制提供了理论依据.

目录

文摘

英文文摘

本文主要物理量所采用的符号

第一章引言

1.1引言

1.2质子交换膜燃料电池的组成、结构及工作原理

1.3质子交换膜燃料电池系统的组成、结构及工作原理

1.4质子交换膜燃料电池增湿种类及现状

1.4.1外增湿法

1.4.2内增湿法

1.4.3自增湿法

1.5本论文的目的及意义

第二章燃料电池运行时水的输运机理

2.1燃料电池运行膜中水传递的简化模型

2.2燃料电池运行时膜表面水传递的简化模型

2.2.1液面蒸发的简化模型

2.2.2液面蒸发速度的计算

2.2.3蒸发量的计算

2.2.4.增湿量分析

2.3本章小结

第三章增湿湿度对膜中水分布及电池性能的影响

3.1增湿湿度对电池性能的影响

3.2计算机模拟得到的增湿湿度对电池性能的影响

3.2.1模型的理论基础及主要方程

3.2.2模型的边界条件

3.2.3模拟结果与讨论

3.3实验得到的增湿湿度对燃料电池性能的影响[47]

3.3.1实验装置及测试条件

3.3.2测试结果及讨论

3.4本章小结

第四章膜增湿实验

4.1膜增湿的理论依据

4.2Nafion膜作为增湿器渗透膜的优点

4.3燃料电池(特别是车用较大功率燃料电池发动机)对增湿的要求

4.4车用膜增湿器的设计思想

4.5膜增湿的实验

4.5.1实验装置及实验方法

4.5.2实验结果及讨论

4.6本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的论文