分会场

燃料电池与储能

摘要

通道形状设计对开放式阴极质子交换膜燃料电池的性能有重要影响。设计了一种设置矩形陷阱的发散型通道，并应用于开放式阴极质子交换膜燃料电池的阴极通道中。通过COMSOL Multiphysics开发的三维非等温模型，研究了这种设置陷阱的发散型通道对开放式阴极燃料电池性能的影响。研究了通道中设置不同数量对燃料电池膜电导率、压降和阴极催化层表面氧摩尔浓度的影响。以及通道与GDL接触面积相同时对燃料电池性能有什么不同的影响。结果表明，与传统直通道设置陷阱相比，发散型通道中设计陷阱可以提高燃料电池的效率，降低流动阻力，能够更好的保持膜中的水分。当陷阱数量为6个时，陷阱综合性能最好。相比于直通道，输出功率提高了6.69%。此外，通过设置陷阱数量与长度达到通道与GDL接触面积相同可以观察到，接触面积相同时，膜内电流密度与水含量相当；通道中的氧气摩尔浓度分布也同样分布均匀。与增大通道尺寸的普通发散型通道相比，设置陷阱的发散型通道的氧气摩尔浓度和膜内饱和水含量仅仅低了0.88%，而通道的压降低了2.17%。并且，陷阱的长度也会提高相同面积下陷阱区域的氧气摩尔浓度和膜内水含量。

关键词

阴极开放式质子交换膜燃料电池；阴极陷阱发散型通道；膜电导率；压降；氧摩尔浓度

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