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基于反应状态原位测试的空冷型燃料电池运行参数分析
陈敏学, 邱殿凯, 彭林法
上海交通大学学报    2024, 58 (3): 253-262.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.318
摘要   (267 HTML33 PDF (25048KB)(257)  

空冷型质子交换膜燃料电池内部反应状态是影响电池输出性能和稳定性的关键因素.通过研制空冷燃料电池反应状态的原位测试装置,实现电池温度和电流密度的实时测量,揭示氢气出口脉排间隔、氢气入口气压和阴极风速对电池性能的影响机制.研究表明:空冷电池中温度和电流密度分布不均,平均电流密度为500 mA/cm2时,电池内温度极差达到20 ℃,电流密度极差达到400 mA/cm2.氢气出口脉排间隔越短、入口气压越大,氢气出口区域性能越好,分布均匀性越好,电流密度波动也越小,输出稳定性提高.如果阴极风速过低,电池局部温度高,温度分布均匀性降低;风速过高则导致生成水被吹走,质子膜含水量下降,电流密度分布均匀性变差.



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图13 500 mA/cm2负载时不同风速下温度和电流密度分布
正文中引用本图/表的段落
空冷电池内温度与电流密度分布测试结果如图13(a)~13(c)所示,沿极板对角线方向均匀选取11个位置,对测试结果进行采样,不同风速下温度和电流密度测量结果如图13(d)~13(e)所示.由图可见,随着风速增大,空冷电池内整体温度不断下降,且中间区域降温幅度大,边缘区域温度变化小.另一方面,在电池中心区域,电流密度随风速提高先升后降,这是因为风速低时中间区域局部温度高,而风速过高时生成水被吹走,导致质子膜含水量下降,性能下降.图13(f)为不同风速下平均温度、温度分布标准差和电流密度分布标准差.由图可见,提高风速可以减小中间区域与边缘区域的温度差距,改善温度分布均匀性,但电流密度分布均匀性却降低.
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