?

概要：质子调换膜燃料电池(PEMFC)因能量变化率高且处境交情，成为新一代动力动力的筛选。经过剖析温度对PEMFC运转机能的紧要影响注明对电池停止灵验热办理的紧要性，遵从积极冷却和被迫冷却的分类方法对当前PEMFC热办理的探索近况停止概括和综述，偏重引见应用相变材料的电池热办理系统中材料的筛选和加强传热的法子，并对该畛域将来探索方位停止了预测。

当前全社会的可赓续进展意识稳步爬升，处境交情且不受卡诺轮回限制的燃料电池成为取代保守化石动力的新一代动力动力筛选。质子调换膜燃料电池(PEMFC)因具备运转温度低、能量变化率高、冷启动速即、无玷污、寿命长、比功率与比能量高和布局紧凑等诸多上风，遍及应用于新动力汽车、航空航天、不变式发电系统和便携式挪动电源等畛域[1]。PEMFC的动力变化效率为40%～60%[2]，快要一半的化学能变化成热能在电堆内积累，这对公道灵验的热办理计划提议了更高的请求。怎样将PEMFC的温度管束在最好运转工况界限内并停止余热回收，使能量欺诈率最大化，是当前PEMFC热办理畛域面临的最大挑战。相变材料(phasechangematerial，PCM)做为储热材料的一种恰恰也许办理这个题目。PCM欺诈材料的相变潜热实行能量的储蓄和欺诈，是缓和能量供求两边在工夫、强度及地方上不般配的灵验方法[3]，在将来燃料电池热办理畛域占有庞大的进展空间。

温度是影响PEMFC处事机能的紧要参数之一。当温度抬高时，PEMFC内反映的动力学特性参数添加，反映气体散布系数增大，催化剂活性抬高，电化学反映速度加速。同时，跟着处事温度的抬高，水的散布速度加速，极化过电位低沉，质子调换膜的离子传导率增大，欧姆阻抗低沉，使膜的含水量添加，也裁减了阴极的水淹[4-5]。通用的PEMFC采取全氟磺酸围拢物为质子调换膜，其运转温度为60～80℃[6]。当处事温度超出80℃时，质子调换膜上的水份挥发加速，膜的侧链地区和亲水离子簇地区失水，致使膜内的离子通道紧缩，质子传导率和力学机能降落，以至紧缩决裂，使PEMFC没法寻常运转[7]。当运转温度低沉，特别是低于0℃时，电池内残剩的水凝凝集冰，水相变形成9%的体积膨胀，使催化层与质子调换膜和蔼体散布层分散，在膜上留住机器应力破绽，影响电化学反映停止。当电池阅历10次凝集-融化轮回后，质子调换膜和蔼体散布层因机器毁坏而使电池彻底生效[8-11]。这即是热办理的另一个紧要构成部份——PEMFC冷启动题目。是以，将PEMFC的处事温度管束在公道界限内是保证其高效运转和持久性的根底。

PEMFC热办理的探索法子首要包罗对电池内部产热机理、传热规律和温度散布创建数学模子和对电堆冷却方法停止计划。

1.1创建数学模子

PEMFC热办理的数值摹拟模子分为一维模子、二维模子和三维模子。经过数学模子对影响参数和优化法子停止变量剖析，也许对本质的临盆应用起到疏导影响。Rowe等[12]创建了一维非等温数学模子，包罗膜含水量的变动、反映气体与水蒸气搀杂以及电池内温度散布的能量方程，以此探索不同计划和操纵前提对电池机能、热响反映水办理的影响，摹拟成绩讲明电极处水的相变会对PEMFC内的温度散布形成影响，电池内的峰值温度与电池运转温度以及反映气体加湿量息息关联，操纵压力和电流密度增大会使膜的含水量减小，从而低沉全面电池机能。Afshari等[13]提议了一个探索水、热传播景象的二维非等温电化学传输模子，成绩显示阴极的水淹景象使氧气到阴极催化层的散布速度减小并加强了阴极极化，影响电流密度的散布，电池的温度散布由电压决意并影响水的两相传输，进口处和阴极侧质子调换膜与催化层的交壤处温度最高。Dumercy等[14]创建了一个三维热办理模子预测不同边境前提下PEMFC内部温度和流量散布，针对W和W两种功率电池集成电堆模子预算全面电堆系统的能量效率并探索相邻电池对热流散布的影响，经过红外热成像摄像机获得概略面温度，阴谋出散热损失流量，从而对电堆系统的总效率停止了优化。

1.2冷却方法计划

PEMFC的公道运转温度界限较小，与处境温差小，反映尾气带走的热量根基也许忽视，这就对冷却系统的计划提议了更高的请求。

当前，关于PEMFC的冷却方法也许凭借能否耗损外加动力分为积极冷却和被迫冷却两种。

积极冷倒是经过在电堆中相邻电池的双极板上配置冷却流道或加置带有冷却流道的冷却板实行强逼对流换热。冷却流道按几许形态分为直流道、蛇形流道、C形流道、Z形流道、V形流道、U形流道、B形流道以及树状网络微流道等。公道的流道的几许布局能加强流体介质的紊流，使对流换热的传热系数增大且压力损失较小[15-17]。凭借冷却介质的不同，积极冷却可分为风冷和液冷。风冷以空气做为冷却介质，冷却气体与反映气体分散，独自供应，合适冷却W～2kW之间的PEMFC电堆[18-19]。液冷的冷却剂多采取去离子水或乙二醇与水的搀杂溶液做为低温运转的防冻液，由于液体的传热系数比空气大很多，于是液冷多用于10kW以上的PEMFC电堆散热，时常鼓风机和补水泵的动力耗损为电堆总输出功率的4%～10%[20-21]。

被迫冷却首要包罗导热板冷却、热管冷却和挥发冷却。导热板冷倒是欺诈平面内热导率高的材料，如膨胀石墨和热解石墨，经过热传导的方法将热量从PEMFC的焦点变化到边际，再停止散热。导热板时常会切割出流道的形态，并安放在膜电极垫圈和阴极气体流道板之间[22-23]。热管冷倒是将热管嵌入双极板，欺诈热管自己不必外部动力输入即可将大批的热量经过其很小的截面积停止远间隔传输的性质停止散热[24-26]。热管的传热机理为：当热管的蒸开头受热时,毛细芯中的液体挥发汽化,蒸气在褊狭的压差卑劣向另一端，放出热量，固结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的影响流回蒸开头,这样轮回来去，热量从热管的一端传至另一端[27]。挥发冷倒是欺诈水挥发时的相变潜热带漏电池内过剩热量停止控温，罕用的法子包罗在反映气体流道内介入液态水、操纵带有毛细影响材料的双极板或多孔双极板[28-31]。图1即为带有毛细影响材料的双极板布局。被迫冷却方法不只俭朴了冷却系统的体积和品质，减小其繁杂性，更免除了积极冷却方法的额外动力耗损，使全面PEMFC系统效率添加。与保守的积极冷却方法比拟，被迫冷却式热办理遭到了越来越多的

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkzp/1044.html