质子交换膜燃料电池膜脱水和电极淹没的预测

本课题主要是从理论模拟和实验两个方面来研究质子交换膜燃料电池工作时内部的氧气、水分和热的传递规律，研究不同操作条件下质子交换膜脱水和干涸区域的分布，电极多孔介质中水淹没和淹没区域的分布。首先根据分子动力学原理建立三维、两相流传热传质模型，模拟汽、液态水、氧气和热传递和分布规律；通过试验测量质子交换膜燃料电池内局部电流和局部阻抗的分布，判断质子交换膜脱水区域和分布状态；试验测量电池流场板流道中各段的氧气浓度，和局部电流分布对照，判断电极多孔介质被液态水淹没的区域及其分布状况。为此，需要解决的关键问题是：分子动力学原理在质子交换膜燃料电池传热传质模型中的运用；质子交换膜燃料电池局部电流和局部阻抗的测量技术；燃料电池气体通道中氧气浓度的测量技术。意义在于预测电池中质子交换膜的脱水和电极淹没，优化燃料电池的操作参数。对提高质子交换膜燃料电池的性能和促进其推广应用具有重要意义。