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舰船环境下质子交换燃料电池氯化钠中毒仿真研究
| 论文题名： | 舰船环境下质子交换燃料电池氯化钠中毒仿真研究 |
| 关键词： | 船舶设备;质子交换膜燃料电池;氯化钠中毒;输出性能 |
| 摘要： | 随着车用质子交换膜燃料电池(Proton Electrolyte Membrane Fuel Cell，PEMFC)商业化不断发展，质子交换膜燃料电池在船舶上的应用也提上日程。相对于内陆环境，质子交换膜燃料电池在舰船作业中将会面临更加恶劣、复杂的作业环境。研究表明，燃料电池氯化钠中毒后会严重影响电池性能输出，且海洋空气组分中氯化钠比例远远高于内陆空气。因此研究质子交换膜燃料电池氯化钠中毒对电池性能影响具有显著的工程意义和实用价值。课题研究内容及成果如下： (1)通过参考相关文献，了解质子交换膜燃料电池的中毒现象规律，从跳跃机理、运载机理、表面机理等三个方面总结PEMFC氯化钠中毒机理。钠离子与氯离子分别在PEMFC中毒发挥不同毒化作用，钠离子在PEMFC中毒时起主导作用。利用量纲分析方法建立氯化钠中毒的等效欧姆模型、等效极化模型，并与试验数据对比验证模型的等效性。 (2)以聚苯并咪唑(PBI)膜为基础的质子交换膜燃料电池作为仿真对象，利用有限元求解器COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件建立三维模型进行数值仿真求解，分别计算含有0、8*10-6、2*10-5、5*10-5、8*10-5mg/cm3浓度氯化钠杂质阴极气体对PEMFC性能影响。得出PEMFC在不同氯化钠浓度条件下，膜电流密度、阴极氧气摩尔浓度、阳极氢气摩尔浓度、极化曲线以及功率密度变化规律。氯化钠浓度越大，PEMFC输出性能影响越大，电池输出性能损失越大。氯化钠浓度为8*10-5mg·cm-3时，膜最大电流密度下降约30.83%，最大功率密度下降约50.0%。 (3)以PEMFC氯化钠中毒仿真模型为基础，利用COMSOL研究PEMFC在323.15K、343.K、383.15K、403.15K四种运行温度时对电池中毒效应的影响。得出燃料电池输出性能、阴极流道内气体流速、阳极流道内气体流速在不同温度不同氯化钠浓度情况下变化规律。氯化钠浓度为5*10-5mg/cm3，电池运行温度由323.15K升高到403.15K，电流密度损失由0.03306A/cm2降为0.02430A/cm2。分析发现温度升高对质子交换膜燃料电池氯化钠中毒有抑制作用。 |
| 作者： | 贾英杰 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 温小飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江海洋大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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