質(zhì)子交換膜燃料電池除了具有燃料電池的一般特點(diǎn)(如能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境友好等)外,還具有零排放,結(jié)構(gòu)簡單,室溫快速啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),特別適用于可移動(dòng)動(dòng)力源,是電動(dòng)車和不依賴空氣推進(jìn)潛艇的理想候選電源之一。由于高溫質(zhì)子交換膜燃料電池(HT-PEMFC)具有比常溫質(zhì)子交換膜燃料電池更好的優(yōu)點(diǎn),如電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)高,抗CO中毒,水熱管理簡單等,成為近期研究的熱點(diǎn)。本論文在總結(jié)傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜燃料電池性能研究的基礎(chǔ)上,對高溫質(zhì)子交換膜燃料電池進(jìn)行了兩方面的研究。論文第一部分通過實(shí)驗(yàn)研究了可用于高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的Nafion/SiO2復(fù)合膜的電滲系數(shù)。采用在線溶膠-凝膠法制備了不同SiO2含量的Nafion212/SiO2復(fù)合膜,基于氫泵原理在近似于質(zhì)子交換膜燃料電池工作條件下測量了溫度、SiO2含量、濕度、加載電流等因素對Nafion212/SiO2復(fù)合膜電滲拖曳系數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在溫度一定時(shí),Nafion212/SiO2復(fù)合膜電滲拖曳系數(shù)隨膜中SiO2含量的增加而減小；隨進(jìn)氣相對濕度的增加而增大；在0.2-1.0A的電流范圍內(nèi),復(fù)合膜電滲拖曳系數(shù)近似為常數(shù)；在相同Si02含量下,復(fù)合膜電滲...

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號說明
前言
1 文獻(xiàn)綜述
    1.1 燃料電池
        1.1.1 燃料電池發(fā)展歷史
        1.1.2 燃料電池原理、分類
            1.1.2.1 燃料電池原理
            1.1.2.2 燃料電池分類
    1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池
        1.2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理
        1.2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池組成和結(jié)構(gòu)
    1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池的水管理
    1.4 質(zhì)子傳輸?shù)睦碚撃Ｐ?br>        1.4.1 Nafion膜的微觀結(jié)構(gòu)
        1.4.2 質(zhì)子傳輸?shù)幕緳C(jī)理
    1.5 質(zhì)子交換膜電滲拖曳研究現(xiàn)狀
    1.6 高溫質(zhì)子交換膜燃料電池
        1.6.1 高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的優(yōu)點(diǎn)
        1.6.2 高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
    1.7 文獻(xiàn)小結(jié)
    1.8 本文研究思路
2 燃料電池測試系統(tǒng)搭建及單電池組裝
    2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品
    2.2 燃料電池測試系統(tǒng)的搭建
        2.2.1 燃料電池測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
        2.2.2 測試系統(tǒng)的搭建
        2.2.3 測試系統(tǒng)的調(diào)試
    2.3 Nafion/SiO₂復(fù)合膜的制備
    2.4 膜電極的壓制
        2.4.1 膜電極的組成
        2.4.2 膜電極的壓制過程
    2.5 電化學(xué)氫泵單電池組裝
    2.6 本章小結(jié)
3 Nafion/SiO₂復(fù)合膜電滲拖曳系數(shù)的測量與分析
    3.1 測試過程
    3.2 結(jié)果和討論
        3.2.1 Nafion212/SiO₂復(fù)合膜制備結(jié)果
        3.2.2 復(fù)合膜中SiO₂含量對Nafion212/SiO₂復(fù)合膜電滲拖曳系數(shù)的影響
        3.2.3 加載電流對Nafion212/SiO₂復(fù)合膜電滲拖曳系數(shù)的影響
        3.2.4 進(jìn)氣相對濕度對Nafion212/SiO₂復(fù)合膜電滲系數(shù)的影響
        3.2.5 電池溫度對Nafion212/SiO₂復(fù)合膜電滲拖曳系數(shù)的影響
        3.2.6 Nafion212/SiO₂復(fù)合膜電滲拖曳系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式
    3.3 本章小結(jié)
4 高溫質(zhì)子交換膜燃料電池?cái)?shù)學(xué)模型建立
    4.1 模型假設(shè)
    4.2 模型求解區(qū)域
    4.3 模型方程
        4.3.1 質(zhì)量守恒方程
        4.3.2 動(dòng)量守恒方程
        4.3.3 能量守恒方程
        4.3.4 組分守恒方程
        4.3.5 電荷守恒方程
    4.4 模型邊界條件
        4.4.1 進(jìn)口處的邊界條件
        4.4.2 出口處的邊界條件
        4.4.3 流道與擴(kuò)散層邊界條件
        4.4.4 擴(kuò)散層/催化層邊界條件
        4.4.5 催化層/膜邊界條件
    4.5 Comsol Multiphysics軟件介紹
    4.6 本章小結(jié)
5 高溫質(zhì)子交換膜燃料電池性能優(yōu)化研究
    5.1 模型求解與驗(yàn)證
        5.1.1 網(wǎng)格劃分
        5.1.2 模型求解
        5.1.3 模型驗(yàn)證
    5.2 計(jì)算結(jié)果與討論
        5.2.1 電池內(nèi)組分分布及溫度分布
        5.2.2 操作條件對HT-PEMFC性能的影響
        5.2.3 催化劑結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響
    5.3 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
    結(jié)論
    展望
參考文獻(xiàn)
致謝
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本文編號：3970349