质子交换膜燃料电池内微观传递过程的LBM模拟和实验研究

主要研究内容：利用扫描电子显微镜得到质子交换膜燃料电池（PEMFC）电极的清晰图像，通过图像辨析技术重构得到电极的多孔结构；建立适合于PEMFC的格子Boltzmann模型，模型可以有效处理多孔电极中的多组分传递、气液两相流动和催化层的电化学反应动力学等复杂的物理化学过程；进行燃料电池的实验研究，测量电池不同工况下电池性能及流体压力、组分浓度等特征量；将基于格子Boltzmann模型得到的结果与传统的基于N-S方程的模拟结果和实验数据进行比较来验证模型和模拟的正确性。本项目主要解决传统的燃料电池模型从宏观层次研究多孔电极内传输现象不能很好解决的基础理论问题。通过本项目的研究将更为真实地了解PEMFC多孔电极内复杂的流动结构、化学组分的传递过程、优化水/热管理等问题，从介观层次更细致地阐明电池内的传热、传质和电极动力学过程及其对电池性能的影响，从而为优化燃料电池的设计和运行提供可靠的理论。