分会场

燃料电池与储能

摘要

气体扩散层结构对质子交换膜燃料电池内传质过程有重要影响。本文基于格子玻尔兹曼方法，模拟了不同流场燃料电池下扩散层内两相流动和氧气反应传输过程，重点关注扩散层孔隙率梯度的影响。在无水情况下，扩散层孔隙率梯度会抑制TP方向的氧气扩散，而对IP方向氧气扩散则起促进作用。因此，传统沟脊流场存在有利于氧气传输的最佳的扩散层孔隙率梯度，而泡沫流场下扩散层孔隙率梯度对氧气传输则起抑制作用。提高孔隙率梯度可显著降低扩散层内水饱和度，而当孔隙率梯度超过0.28%/μm时，水饱和度变化不再显著。在有水情况下，扩散层传质性能受扩散层结构和水分布的共同影响。因此，传统沟脊流场下扩散层氧气传输随孔隙率梯度的增加而增强，并在孔隙率梯度超过0.28%/μm后几乎不变。而泡沫流场下扩散层则存在有利于传质的最佳孔隙率梯度。本研究结构可为燃料电池的传质优化提供思路。

关键词

质子交换膜燃料电池;格子玻尔兹曼方法;两相流动;氧气传输;气体扩散层;泡沫流场

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