基于反应状态原位测试的空冷型燃料电池运行参数分析 上海交通大学学报    2024, 58 (3): 253-262.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.318

图4 不同负载下的温度与电流密度分布

正文中引用本图/表的段落

进一步,分别在平均电流密度200、500 mA/cm2两种工况下进行测试,电池内温度与电流密度分布情况如图4所示,其中氢气和空气的流动方向如箭头所示.对比两种工况下的测试结果发现,随着空冷电池负载电流提高,电池内温度和电流分布不均匀的问题不断加剧.因为随着负载电流提高,电池过电位提高,产热增加,与环境温差变大,边缘区域直接向环境辐射散热更多,电池内温度分布不均匀性进一步提高,而温度会影响催化剂活性和水气传输速度,电流密度分布不均匀的问题也随之加剧.

实验结果显示,在空冷电池中,温度和电流存在严重不均匀分布问题.如图4(b)所示,当平均电流密度为500 mA/cm2时,空冷电池内温度分布极差达到20 ℃,标准差为7.9 ℃,电流密度分布极差超过400 mA/cm2,标准差为142 mA/cm2,其中空气出口位置中间区域的温度和电流密度最高.在x轴方向上,边缘区域由于向环境辐射散热,温度远低于中间区域;电流密度的分布规律与温度相似,空气出口位置中间区域局部电流密度超过700 mA/cm2.在y轴方向上,区域温度沿空气流动方向升高,而电流密度的变化梯度相对不明显,这是因为空冷电池的输出性能受多因素影响:一方面,沿空气流动方向温度提高,有利于性能提高;另一方面,沿空气流动方向,气体中的氧浓度降低,不利于反应的进行,在温度变化和氧浓度变化的共同作用下,电流密度的分布在y轴方向上的变化梯度相对不显著.

本文的其它图/表

• 图1 空冷电堆和PCB测试板示意图
  
• 图2 空冷燃料电池实验平台
  
• 图3 空冷电堆极化曲线
  
• 图5 500 mA/cm²负载时不同脉排间隔下输出电压
  
• 图6 500 mA/cm²负载时不同脉排间隔下电流密度分布
  
• 图7 空冷电池内电流密度波动情况
  
• 图8 500 mA/cm²负载时不同脉排间隔下电流密度阶跃值
  
• 图9 不同氢气入口气压下极化曲线
  
• 图10 500 mA/cm²负载时不同氢气入口气压下电流密度分布
  
• 图11 500 mA/cm²负载时不同氢气入口气压下电流密度阶跃值
  
• 图12 500 mA/cm²负载时不同阴极入口风速下输出电压
  
• 图13 500 mA/cm²负载时不同风速下温度和电流密度分布