阴极相对湿度对PEMFC电解质水含量及性能的影响储能材料与器件

质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作过程中必须确保电解质的充分水合,且要避免凝结的液态水阻塞传质通道.为探究进气相对湿度对PEMFC电解质水含量及输出性能的影响,提出了阴极进气水含量(CIWC)模型.该模型考虑了膜电阻受温度和水含量的影响,推导了电解质水含量计算公式,将CIWC模型耦合进计算流体力学软件Fluent中进行计算.搭建了燃料电池测试平台,在工作温度为60℃,阳极相对湿度100%,阴极相对湿度50%、75%、100%工况下进行实验.将CIWC模型、Fluent内置模型的仿真值与实验值进行比较,并分析阴极侧电解质水含量、膜的电导率、水的摩尔分数分布.结果表明:当阴极相对湿度50%,电压为0.739 V时,CIWC模型精度比Fluent模型提高了17.67%;当阴极相对湿度100%时,CIWC模型与实验值最大相对误差为5.66%.随着阴极进气相对湿度的增加,电解质水含量在电压为0.75 V时不断增大,电压为0.6 V时趋于饱和,从空气入口到出口,电解质水含量、质子电导率、催化层水的摩尔分数沿着流场方向逐渐增大;当阴极相对湿度75%时,电解质水含量分布更均匀,电池输出功率密度最高为272.08 mW/cm2.