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质子交换膜燃料电池双极板导流场不同区域极化研究.doc

文档介绍：质子交换膜燃料电池双极板导流场不同区域极化研究
　　摘要:质子交换膜燃料电池双极板导流场的不同区域极化研究可以诊断导流场工程设计的合理性。本文针对一种氢气、空气型燃料电池双极板导流场的设计，对导流场的四个相等局部进展了四个不同区域的燃料电可以将电极反响生成的产物水及时带出，使电极电化学反映处于良好的水、热管理平衡状态，从而燃料电池运行性能及稳定性、寿命都有保证。
　　本文针对一种氢气、空气型燃料电池双极板导流场的设计，提供了一种可以研究、诊断导流场工程设计合理性的方法。
　　2实验
　　2.1氢、空型质子交换膜燃料电池双极板工程设计
　　在石墨板上铣出如图1、2所示的氢气与空气流场，然后把石墨板按虚线处平均分成四等份，中间用不导电的环氧胶粘接，使石墨板的四个局部互相绝缘。并且环氧胶的厚度要与石墨板的厚度一样。
　　2.2膜电极三合一的制备
　　制作电极使用的碳纸是日本的tray-090碳纸，所用的催化剂是20%pt/英国jhnsn-atthey产品，pt用量大约为0.4g/2，质子交换膜采用美国dupnt公司出售的nafin系列112膜，nafin膜经预处理后除去外表的有机物和金属离子。
　　电极中的pt催化剂与nafin溶液配成混合溶液，然后涂在碳纸上，在100℃的条件下烘干半小时。将两张涂有催化剂的碳纸与nafin膜热压在一起，热压条件是130℃，压力10pa，2分钟。压制后的大电极也均匀分割成4个局部，中间用硅橡胶相连接密封。每一块电极的有效面积为602，如图3所示。
　　2.3评价装置的流程
　　流程如图4所示。氢气、空气经减压阀后再经过流量计到达增湿器，然后再进入燃料电池，运行压力：氢气0.1at；空气0.1at〔相对压力〕，电化学反响产物水随着尾气排出电池，尾气进入气液别离罐后排空。增湿器的温度由温度自动控制器来控制，电池的温度通过循环水来控制。
　　一个平面上的四块相等的单电池通过串联的方法与负载相连接，每一块电池的有效面积是652，负载为自制的电阻负载。电池的增湿露点温度为50℃，氢气的计量比为1.2，通过改变空气的计量比，电池的运行温度来考察阴极流场对电极性能的影响。氢气进口区域的电池为第一块电池，空气进口区域的电池为第二块电池，氢气出口附近的电池为第三块电池，空气出口附近的电池为第四块电池。
　　1：氢气进口；1'：氢气出口
　　2：空气进口；2'：空气出口
　　3：冷却水进口；3'：冷却水出口
　　a.第一块电池区域，b.第二块电池区域，.第三块电池区域，d.第四块电池区域
　　3．结果与讨论
　　3.1温度对不同区域电池性能的影响
　　首先固定空气的计量比为2.5，氢气计量比为1.2，运行压力、氢气、空气都为0.1at〔相对压力〕，考察了50℃、55℃、60℃条件下的不同电池的伏安特性曲线。图5-图7为不同电池的电压、电流曲线。温度对第一块电池的伏安曲线没有影响，不管是在小电流还是在大电流，三种温度的曲线吻合的非常好。第二块电池的50℃、55℃伏安曲线非常吻合，当温度到达60℃时第二块电池的性能低于50℃、55℃的性能。第三块电池在50℃，20a时的电压为0.687v，随着温度的升高，伏安曲线的尾部逐渐抬高，性能变好，在60℃，20a时电压升高为0.717v。第四块电池受温度的影响最严重，在