分会场

燃料电池与储能

摘要

面对日益严峻的环境问题，如何减少化石能源的消耗、实现能源的高效清洁利用是全球面临的重要持久议题。电能是一种清洁、可再生的能源，质子交换膜燃料电池是一种高效利用氢能的电化学能量转化装置，能够直接将化学能转化为电能。双极板是质子交换膜燃料电池的重要组成部分，承担着反应物输运与散热的重要作用，其流场结构直接影响影响反应物在电池内的分布以及传输效率，进而影响到电池在高电流密度下的性能。为了获取更好的流场结构，本文将仿生学思想引入结构设计中，基于海棠叶脉结构，设计一款用于燃料电池极板的仿生流道。该结构根据叶面细胞的能量供给原理，将膜电极工作区域进行细胞式离散化，通过叶脉状流道向各离散区域提供流体，并将反应区与流体供应通道分开。通过数值模拟手段对燃料电池峰值功率密度、电流密度分布和内部反应物分布与质量传输情况进行了研究，并与传统的蛇形流场进行对比。得到的结论为相比于蛇形流场，使用叶脉仿生结构极板的燃料电池峰值功率密度比蛇形流场高5.63%，其内部反应物浓度分布及电流密度分布比蛇形流场更均匀。

关键词

仿生结构;燃料电池;极板设计;数值模拟

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