文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学学术会议论文编号:PEMFC温度分布特性Ⅰ氢空电堆涂正凯1?潘牧1裴后昌2刘志春2刘伟2万忠民3(1武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070;2华中科技大学能源与动力工程学院武汉430074;3湖南理工学院物理系岳阳414006)(Tel:+86-27-**********Email:******@whut.)摘要:本文将微型热电偶置于阴极流场,研究了不同操作条件对氢空燃料电池堆温度分布的影响。结果显示,不同操作条件下,电堆中温度沿入口至出口温度逐渐升高;随着工作电流密度的升高,电堆中各测试单电池内温差随之增加;电堆中温度分布呈现中间高两边低的“上凸抛物线”分布;随着空气流量的升高,单电池中温差逐渐降低;进口空气温度对电堆内温差影响不大;增大冷却水流量,电堆内温度均一性增加。关键词:燃料电池;温度分布;热电偶0引言质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将贮存在氢燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置[1]。燃料电池堆在运行时,会产生大量的热,若散热不合理,将造成电堆内的温度分布不均匀[2-5]。过高的温度使得质子交换膜脱水,降低膜的质子传导率,导致电池堆性能下降,甚至使电池产生不可逆损坏。若局部温度过低,电池内的催化剂达不到最佳活性点。另一方面,若电堆内单电池各点温差过大,使膜不均受热,降低燃料电池的寿命[6,7,12]。同时,若电堆中各单电池温差过大,则难以对电池的运行温度进行控制,使电池均一性下降,在电堆中形成性能“短板”,造成电池性能低下。国内外学者对氢空燃料电池(阳极反应气体为氢气,阴极氧化剂为空气)内的温度分布做了很多研究。Alex[8,14]对单电池进行可视化研究,指出水淹区域温度比未水淹区域温度高。Zhang[9,10]认为:单电池中进口电流密度和温度较高;温度分布和电流密度分布一致性较好;大流量下,气体对电池有冷却作用。Wang[11]和Kui[13]通过热成像仪研究单电池的温度分布发现,由于出口膜的湿度增加,出口处温度高于进口;随着电流密度升高,电池温度及温度分布的不均匀性都升高;不能将电堆视为等温体。以上研究均采用单电池,单电池活性面积不超过20cm2,且未采用冷却结构,即不能应用于含有冷却水流道大活性面积电堆实际运行状态。本文在国内外研究基础上,采用T型热电偶,制作成燃料电池的流场板,组装成燃料电池堆,对影响电堆内的温度分布的操作条件进行了实验研究。。膜电极由武汉理工新能源公司提供,碳纸厚度2×10-4m,×10-5m,。阴阳极流场均为直流道,,,,,,。测试时,氢气、氧气以及冷却水均为“Z型”上进下出方?基金项目:国家自然科学基金(,51106046,50906026)式。实验中采用T型热电偶,其测温范围为-200~350℃,精度为±℃。数据采集仪为keithlet-2700,采集频率为5s/次。实验系统如图1所示。测试平台为加拿大Greenlight公司的FCATSG500燃料电池测试系统。,并可