氫燃料電池-雙極板流場設計具有什麼重要意義?

2021-02-25 短平快之氫燃料電池

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         流場是燃料電池中十分重要的概念。最常見的流場形狀是矩形,另外也有圓形或者其它;流場的朝向指的是電池組的朝向,比如水平或者垂直,這牽涉到反應物進出管的位置,主要是考慮重力對流場中凝結水的可能影響或者便於陰極出口接近陽極入口,從而由於水的濃度梯度通過質子交換膜進行水交換。

       雙極板可將燃料和氧化劑供應到反應位點,去除反應產物水,收集產生的電流並支撐電堆的電池單元。實際操作中,燃料電池的設計多歸結於雙極板的設計,在雙極板的兩個表面設計出適宜的流道以滿足雙極板功能的需要。燃料電池單元的流道已有多種形式,比如直通道,比如蛇形通道,比如十指交叉通道,比如仿生通道等等。不管採取哪種流道結構設計,它們都是源於相同的目的:一是讓反應氣體均勻分布,二是考慮去除生成水。

        不同通道具有不同的特點。對直通道,由於直通道自身的固有缺陷,並不能實現反應氣體的均勻分布。對蛇形通道,蛇形通道充分利用通道的蜿蜒特點,充分實現反映氣體的均勻分布;同時由於反應氣體的高流速,冷凝水排出也相對容易。十字交叉通道的顯著特徵是:通道的斷續不連續性,流場通道的壓降可能相對較大,嚴重時可能發生反應氣體與生成水的阻塞滯留現象,引起局部過熱。仿生通道是仿生學在質子交換膜燃料電池流場或流道結構設計中的應用,體現了仿生學在工程技術領域的獨特之處。例如,根據樹葉或肺創造的仿生通道。較大的通道分支成較小的通道,並進一步分支成與輸出通道相互交織的微小通道,而輸出通道以微小通道組成較大的側通道,然後再組成更大的通道。與蛇形通道和十指交叉通道相比,相同條件下,仿生通道在輸出功率、水熱管理和電池效率上更出色。

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