一种氢燃料电池伪电极设计方法与流程

专利2025-05-16  33


本申请涉及燃料电池,特别涉及一种氢燃料电池伪电极设计方法。


背景技术:

1、燃料电池是一种将氢气和氧气通过电化学氧化反应而发电的装置,应用前景极为广泛。燃料电池可分为质子交换膜燃料电池、高温固体氧化物燃料电池、甲醇燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池。

2、质子交换膜燃料电池具有启动快、工作温度低、运行稳定、体积功率密度大、安静无噪音、产物是水无污染等优点,被认为是人类能源的终极解决方案。质子交换膜燃料电池正在作为公交车/重卡/乘用车等车载电源、无人机、无人艇、备用电源、家庭用热电联产、船舶等项目进行实用化的研究及示范运行。

3、在氢燃料电池电堆运行过程中,常常存在首部电极电压过低或反极现象,制约了电堆性能的有效发挥。通常的处理方法是在电堆入口端增加伪电极改善首部电极欠气,改善电堆气流分配,同时吸纳近端的冷凝水,避免首部电极发生水淹。实际运用中发现,如果伪电极流场太浅,就不能有效改善电堆气流分配及吸纳近端的冷凝水;如果伪电极流场太深,由于伪电极流场阻力过小就会带走更多的气体流量,实际参与电极有效反应的气体流量将会减少,这将会制约电堆在极低氢气空气化学计量比下的性能。


技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氢燃料电池伪电极设计方法,通过调节伪电极流场与双极板流场的深度和密度差,改变气体在伪电极流场中的阻力,从而改善气体在电堆中的分配,实现燃料电池在极低化学计量比条件下性能稳定发挥,提高电堆运行经济性。

2、为实现上述目的,本发明提供如下技术方案。

3、本申请实施例公开了一种氢燃料电池伪电极设计方法,可以改善氢燃料电池气流分配,提高低氢气空气化学计量比条件下燃料电池性能的伪电极,可以通过调节伪电极流场与双极板流场的深度和密度差异获得。本发明人研究发现,通过调节伪电极流场深度及密度可以改善气体在电堆内的分配,同时有效吸纳近端的冷凝水,避免水淹首部电极,有效改善电堆在低氢气空气化学计量比下的性能,为此:

4、氢燃料电池伪电极设计方法,先设计伪电极流场和双极板流场结构相同,测试电堆在70℃、100kpa背压、极低氢气/空气化学计量比1.2:1.5时2a/cm2电流密度条件下单电池电压一致性,单电池电压差小于30mv;

5、进一步,将伪电极流场深度设计比双极板流场深度略浅,流场密度相同,测试电堆在70℃、100kpa背压、极低氢气/空气化学计量比1.2:1.5时2a/cm2电流密度条件下单电池电压一致性,单电池电压差小于20mv;

6、再进一步,设计伪电极流场深度比双极板流场深度略浅的条件下,增加伪电极流场密度,测试电堆在70℃、100kpa背压、极低氢气/空气化学计量比1.2:1.5时2a/cm2电流密度条件下单电池电压一致性,单电池电压差小于10mv。

7、有益效果是,通过调节伪电极流场的深度和密度,可以有效改善燃料电池首部电压偏低或反极,改善电堆单电池电压一致性,提高燃料电池电流密度,从而提高电堆体积功率密度,以及电堆运行经济性。



技术特征:

1.一种氢燃料电池伪电极设计方法,其特征在于,


技术总结
本发明公开了一种氢燃料电池伪电极设计方法,可以改善氢燃料电池气流分配,提高低氢气空气化学计量比条件下燃料电池性能的伪电极,可以通过调节伪电极流场与双极板流场的深度和密度差异获得。本发明人研究发现,通过调节伪电极流场深度及密度可以改善气体在电堆内的分配,同时有效吸纳近端的冷凝水,避免水淹首部电极,有效改善电堆在低氢气空气化学计量比下的性能,提高电堆运行经济性。

技术研发人员:俞红娟
受保护的技术使用者:山东岱擎新能源科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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