PEM燃料电池阴极水氧分布的模拟优化与影响因素

PEM燃料电池阴极催化层表面的液态水和氧气分布是质子交换膜燃料电池性能优化的关键因素之一。本文由李湘华、刘坤和肖金生合作撰写，他们来自武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室和汽车工程学院，以及广西玉林柴油机厂。作者们指出，有效的水管理对于维持PEMFC的良好工作状态至关重要，它能避免水淹电极并提升电池效率。 文章利用Gambit软件构建了一个详细的单流道燃料电池模型，模型涵盖了流道、扩散层和催化层，每个组件的精确尺寸被设定为50*4mm²，其中扩散层和催化层的厚度分别为0.2mm和0.005mm，质子交换膜厚0.2mm。模型的坐标轴设定为：平行膜方向为x轴，膜电极方向为y轴，沿流动方向为z轴。 研究中，作者重点分析了在不同条件下的燃料电池运行，如电流密度、温度（包括阳极和阴极加湿温度）对阴极催化层表面水饱和度和氧气浓度的影响。通过Fluent软件的PEM模块，他们模拟了解决传递方程组和电化学动力学方程的过程，从而揭示了这些因素如何影响阴极催化层内部的水和氧气分布动态。 文章特别强调了先前研究可能忽略的部分，即氧气浓度随电流密度变化的关系。研究者通过固定其他参数，只变动一个关键变量，以便深入了解其单独作用。这种方法的应用对Fluent软件在燃料电池设计和研究中的实用价值有着重要意义。 本文的中图分类号为TM911.4，表明了研究内容专注于质子交换膜燃料电池的特定领域。这篇文章提供了深入理解PEMFC内部水和氧气分布机制的方法，为改进燃料电池性能提供了重要的理论支持和数值模拟依据。