许 澎, 许思传, 唐军英, 高 源

(1. 同济大学 汽车学院, 上海 201804; 2. 安徽明天氢能科技股份有限公司, 安徽 六安 237000;3. 同济大学 机械与能源工程学院, 上海 201804)

质子交换膜燃料电池(PEMFC,proton exchange membrane fuel cell)因其零污染、能量转换效率高、启动响应迅速和燃料来源广泛等特点被视为未来最有前景的车用动力来源之一[1-2].作为动力源的燃料电池欲实现大规模应用须经受高电位、启停、反极、极限电流和冷启动等严苛工况.其中,零下冷启动问题来源于低温启动过程中冰的形成覆盖电化学活性位点和阻塞反应气传输通道,造成电化学反应启动失败和耐久性降低[3-4].目前,有关燃料电池低温启动过程的数值模拟研究均聚焦在宏观尺度下的水热传递、反应气传质和相变等行为,以求解一维和三维微分或偏微分方程组为主要形式.如Jiao等[5-6]采用有限体积法的思想对燃料电池内的物理和化学现象建立一系列偏微分方程组,实现对输出电压和冰体积分数等宏观量的直接观察;许等[7]基于分层集总参数方法对燃料电池单电池进行一维冷启动数值建模,在单电池内每一个组件中心处进行建模和研究.但上述文献[5-7]研究考察现象均为整片单电池宏观尺度下的物理和化学行为.此外,目前有关燃料电池低温启动实验研究中可挖掘数据较少,除输出电压、欧姆阻抗和温度等结果参数外,若不借助X射线成像等高成本手段无法观察电池内部机理.再者,介观模拟尺度下燃料电池多孔……