蔡永华,吴 迪,孙靖茗

(1.武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室,湖北武汉 430070;2.汽车零部件技术湖北省协同创新中心,湖北武汉 430070;3.新能源与智能网联汽车湖北省工程技术中心,湖北武汉 430070;4.武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉 430070)

如何提高功率密度是质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化面临的问题。人们深入探究高电流密度下影响PEMFC性能的因素,认为传质能力差导致的反应物缺乏和水淹,是电池性能和耐久性衰减的主要原因[1]。贾坤晗等[2]发现,燃料电池的性能会随着相对湿度的增加而改善。当工作温度为60℃、相对湿度为75%、电流密度约为296mA/cm2时,相对湿度-电流模型仿真计算值的精确度比Fluent模型的计算值提高14.6%。Q.Zhang等[3]认为,高背压是提高燃料电池性能的一个方法,但电流密度的均匀性没有改善,且局部稳定性降低。随着相对湿度增加到70%,背压限制到30 kPa,PEMFC的性能和电流分布均匀性得到提高,但稳定性仍未改善。流场结构是影响电池性能的关键,可通过优化流场结构来增强燃料电池的传质能力。苏宇静等[4]将树状分形引入交指形流场的设计,发现基于树状分形交指形流场的PEMFC,功率密度比交指流场的高出36.7%。蔡永华等[5]通过有效传质系数(EMTC)评价流道性能,并通过三维模型验证,发现强化传质堵块高度占流道高度的70%、堵块形状为1/4圆时,流道传质性能最好。过量系数为实际进气量和交换膜活性面积所对应的进气量之比。增大阴极过量系数能提高流场内氧气浓度,但很少有人对比流道结构优化与过量系数优化,探究两者改善反应物传质的作用机制。……