上海交大博士研究：质子交换膜燃料电池仿真与水管理提升

质子交换膜燃料电池（PEM FC）作为一种具有潜力的新能源技术，正在燃料电池汽车行业受到广泛关注。随着汽车工业的快速发展和环境问题的日益严重，发展清洁的替代能源，如PEM FC，显得尤为重要，尤其在解决石油依赖和减少污染方面。本文主要围绕上海交通大学博士研究生任庚坡的研究工作展开，其研究课题聚焦于PEM FC的性能仿真与水管理的实验。 任庚坡在其博士学位论文中针对PEM FC当前研究中的不足，采用了数值仿真分析与实验研究相结合的方法，对平行流场和交指流场的PEM FC进行了深入研究。他首先构建了一个三维、两相、非等温的PEM FC数学模型，这个模型考虑了燃料电池各部分的复杂物理特性，如阴极/阳极侧流道、气体扩散层、催化层以及质子交换膜，旨在提高仿真结果的真实性和准确性。 利用高灵敏度的双平行电导探针，任庚坡在实验中对PEM FC内部的气液两相流流型进行了细致研究，这对于理解和优化燃料电池的工作效率至关重要。他的研究不仅限于理论模型，还设计了一种质子交换膜燃料电池与内燃机联合驱动系统，对整个系统进行了详细的分析和计算。 通过将建立的模型与计算流体力学(CFD)软件相结合，任庚坡能够模拟不同工况下平行流场和交指流场PEM FC的三维、两相物质流动、传热、传质和电化学特性，这展示了模型在处理复杂系统动态行为方面的强大能力。他的工作表明，改进的模型能够有效预测和理解PEM FC的实际运行性能，包括极限电流密度和输出功率，这对于优化燃料电池的设计和提升其在实际应用中的效能具有重要意义。 任庚坡的这项研究深化了我们对PEM FC内部工作原理的理解，通过仿真与实验的结合，提供了关键的科学依据和技术支持，对于推动燃料电池技术的发展和实际应用具有积极的贡献。