質(zhì)子交換膜燃料電池-在線瀏覽
2025-06-19 04:41本頁面
【正文】 需加入催化劑等 ，在一定溫度下沖壓成型 ， 壓力高達幾 MPa或幾十 MPa。 采用這種模鑄法制備雙極板 ， 由于樹脂未實現(xiàn)石墨化 ，雙極板的本相電阻要高于石墨雙極板 ， 而且雙極板與電極擴散層的接觸電阻也比純石墨大 。 ： 用薄金屬板制備雙極板的優(yōu)點是可批量生產(chǎn) ， 如采用沖壓技術制備各種結構的雙極板 。 其難點：在 PEMFC工作條件下的抗腐蝕問題 （ 氧化 ， 還原 ， 一定的電位和弱酸性電解質(zhì)下的穩(wěn)定性 ） ；與擴散層 （ 碳紙 ） 的接觸電阻大 。 4. 復合雙極板： 采用廉價的多孔石墨板制備流場 。 這種復合雙極板技術的關鍵是盡量減少多孔石墨流場板與薄金屬分隔板間的接觸電阻 。 流場主要有：網(wǎng)狀 ， 多孔 ， 平行溝槽 ， 蛇形和交指狀等 。 平行溝槽流場 交指狀流場 多孔型流場 網(wǎng)狀流場 單通道蛇形流場 多通道蛇形流場 至今 PEMFC廣泛采用的流場以平行溝槽流場和蛇形流場為主； 對于平行溝槽流場可用改變溝與脊的寬度比和平行溝槽的長度來改變流經(jīng)流場溝槽反應氣的線速度 ， 將液態(tài)水排出電池 。 交指狀流場是一種正在開發(fā)的新型流場 。 但這種流場在確保反應氣在電極各處的均勻分配與控制反應氣流經(jīng)流場的壓力降方面均需深入研究 ， 并與相應工藝開發(fā)相配合 。 這一開孔率過高 ， 不但降低反應氣流經(jīng)流場的線速度 ， 而且減少了與電極擴散層的接觸面積 ， 增大了接觸電阻 。 一般而言 ， 各種流場的開孔率控制在 40％ 一 50％ 之間 。 通常溝槽的寬度為 1mm左右 ， 因此脊的寬度應在 12mm之間 。 （ 五 ） 單電池：它是構成電池組的基本單元 ， 電池組的設計要以單電池的實驗數(shù)據(jù)為基礎 。 “ 三合一 ” 組件 (membrane electrode assembly) 對于 PEMFC,由于膜為高分子聚合物 ,僅靠電池組的組裝力 ,不但電極與膜之間的接觸不好 ,而且質(zhì)子導體也無法進入多孔氣體電極的內(nèi)部 。 在它上面除布有反應氣與冷卻液進出通道外 ， 周圍還布置有一定數(shù)目的圓孔 ， 在組裝電池時 ， 圓孔內(nèi)穿入螺桿 ， 給電池組施加一定的組裝力 。 電池組結構示意圖 電池組設計原則： 效率和比功率分別是電池組在標定功率下運行時的能量轉化效率和在標定功率下運行時的質(zhì)量比功率和體積比功率 。 故依據(jù)用戶對電池組工作電壓的要求確定串聯(lián)的單電池數(shù)目時 ， 一般選取單電池電壓為 ~。 再依據(jù)單電池的實驗 VA特性曲線 ，確定電池組工作電流密度 ， 進而依據(jù)用戶對電池組標定功率的要求確定電極的工作面積 。 2） 對于電動車發(fā)動機用的 PEMFC和各種移動動力源 ， 則對電池組的質(zhì)量比功率和體積比功率的要求更高些 。 流場結夠對 PEMFC電池組至關重要 ， 而且與反應氣純度 、 電池系統(tǒng)的流程密切相關 。 電池組密封 ： 要求是按照設計的密封結構 ， 在電池組組裝力的作用下 ， 達到反應氣 、 冷卻液不外漏 ， 燃料 、 氧化劑和冷卻液不互竄 。 PEMFC的工作溫度低于 100℃ ， 電池內(nèi)生成的水是以液態(tài)形式存在 ， 一般是采用適宜的流場 ，確保反應氣在流場內(nèi)流動線速度達到一定值 （ 如幾米每秒以上 ） ， 依靠反應氣吹掃出電池反應生成的水 。 因此 ， 如何保證適宜的操作條件 ， 使生成水的 90%以上以氣態(tài)水形式排出 。 質(zhì)子交換膜內(nèi)的水傳遞過程有三種傳遞方式： 1） 電遷移：水分子與 H+一起 ， 由膜的陽極側向陰極側遷移 。 2） 濃差反擴散：因為 PEMFC為酸性燃料電池 ， 水在陰極生成 ， 因此 ， 膜陰極側水濃度高于陽極側 ，在水濃差的作用下 ， 水由膜的陰極側向陽極側反擴散 。 3） 壓力遷移：在 PEMFC的運行過程中 ， 一般使氧化劑壓力高于還原劑的壓力 ， 在反應氣壓力梯度作用下 ， 水由膜的陰極側向陽極側傳遞 ，即壓力遷移 。 水在質(zhì)子交換膜內(nèi)的遷移過程可用 NernstPlank方程表示 ： mpmwmwmdmw pkCCDFinN ??????,式中 ， nd, Dm , kp, ?, Cw,m, i, F, Pm分別是水的電遷移系數(shù) ， 水在膜中的擴散系數(shù) ， 水在膜中的滲透系數(shù) ，水在膜中的粘度 ， 膜中水的濃度 ， 電流密度 ， 法拉第常數(shù) ， 和膜兩側的壓力 。 但壓力差受電池結構的限制和空壓機功耗的制約 。 3） 當電池在低電流下工作時 ， 由于膜內(nèi)的遷移質(zhì)子少 ， 隨質(zhì)子電遷移的水也少 ， 有利于膜內(nèi)水濃度的均勻分布 。 生成的水可以兩種方式排出：氣態(tài)或液態(tài) 。 液相水主要是在毛細力和壓差作用下 ， 傳遞到擴散層的氣相側 ，由反應氣吹掃出電池 。 其比例與電池的工作條件和燃料與氧化劑的狀態(tài)等有關 。 當電池中產(chǎn)生液相水時 ， 電池中的流動是兩相流動 。 而當電池在高電流密度下運行時 ， 兩相流的發(fā)生是不可避免的 。 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 80 . 910 0. 1 0.
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