静态排水燃料电池中的水管理及动态特性分析

Water management is of vital importance to achieve maximum performance and durability from proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). UTC Fuel Cell, LLC invented a porous graphite bipolar plate called water transport plate (WTP) instead of traditional dense bipolar plate, which could compose fuel cell with static drain technology. The WTP can improve water management and reach a better stability. In this project, the PEMFC with static drain will be focused. A static drain fuel cell evaluation platform will be created, and a transparent fuel cell may be designed. Water transport process inside the WTP and on the boundary between membrane electrode assembly (MEA) and WTP will be studied. The mathematical relationship will be established between structure parameters and water transport process and output performance of PEMFC. Further, dynamic response characteristics of static drain fuel cell will be investigated, and the influence of gas utilization on water transport process and cell output performance will be studied. This would provide a theoretical basis for the optimization of WTP and MEA in static drain fuel cell.

水管理是影响质子交换膜燃料电池寿命与稳定性的关键问题之一，美国UTC公司使用具有一定孔隙结构的导水双极板取代了传统密实型双极板，组成了静态排水的燃料电池，改善了电池的水管理，提高了电池的使用寿命。本项目拟以静态排水质子交换膜燃料电池为研究对象，建立静态排水燃料电池评价平台，并设计可视化电池，深入研究电池内部的水传递过程，阐明导水双极板内部及其与膜电极界面处的液态水迁移特性。探求导水双极板与膜电极结构对于静态排水燃料电池水传递过程以及输出性能的影响规律。进一步研究静态排水燃料电池的动态响应特性，以及气体利用率对于水传递过程与输出性能的影响规律，为开发适宜静态排水燃料电池的导水双极板和膜电极提供理论基础。

水管理是影响质子交换膜燃料电池寿命与稳定性的关键问题之一，美国UTC公司使用具有一定孔隙结构的导水双极板取代了传统密实型双极板，组成了静态排水的燃料电池，改善了电池的水管理，提高了电池的使用寿命。与传统的液态水随气体尾排移除的方式相比，这种排水技术称为静态排水，而传统排水技术称为动态排水。本项目建立了静态排水燃料电池评价平台，并设计了可视化电池；研究完成了导水板结构对于电池水传递过程和输出性能的影响规律，阐明了导水双极板内部以及界面处的液态水传递机理；研究完成了膜电极的结构对于电池水传递过程和输出性能的影响规律，阐明了膜电极内部的气液传质机理；研究完成了静态排水燃料电池的动态响应特性，阐明了气体利用率对于电池水传递过程和输出性能的影响规律；建立了二维等温稳态的水传输板燃料电池模型，研究了电池内部的水传递过程，为开发适宜静态排水燃料电池的导水双极板和膜电极提供了理论基础。