分会场

燃料电池与储能

摘要

流道结构是影响质子交换膜燃料电池（PEMFC）性能的主要因素之一，优化流道结构对提高电池性能和使用寿命具有重要意义。为研究流道截面周期性收缩的锯齿形流道的运输特性和性能表现，设计建立了具有锯齿形流道的PEMFC单电池三维模型，在有限元软件COMSOL中进行了电化学反应、质量传递和气体扩散的多物理场耦合，基于计算流体动力学（CFD）方法探究流道截面收缩的尺寸和变化周期对燃料电池性能的影响，进行了五组锯齿形模型和直流道模型的对照仿真实验。结果显示，在高电流密度下，周期性收缩的锯齿形流道的性能与直流道相比有明显提升，最大功率密度提高了6.24%，并且在流道末端的氧气浓度、气体法向流速和冲扫液态水的能力等方面都有所提升。对于锯齿形流道结构，截面收缩的最窄处宽度越小，电池的功率密度和氧气分布的均匀性越高；流道截面变化的周期越长，气体进出口之间的压降和流道收缩处的最大流速越小。结合两个几何参数的影响规律，得到了更优的锯齿形流道尺寸。研究得到的结论对PEMFC流道的结构优化与性能提升有重要参考意义。

关键词

质子交换膜燃料电池;锯齿形流道;计算流体动力学仿真;多物理场耦合

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