温度、压力对PEM燃料电池性能的影响.docx

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1、温度、压力对PEM燃料电池性能的影响孙佳，吴玉厚，孙红，陈士忠沈阳建筑大学交通与机械学院辽宁沈阳110168摘要：简述了燃料电池的分类；本文集中讨论了电池温度，气体加湿温度和电池工作压力对电池性能的影响.通过实验研究了电池温度和加湿温度对电池性能的影响；研究表明，升高电池温度电池性能提高，当电池温度超过加湿温度时，升高温度电池性能反而下降；阳极加湿温度对电池性能的影响较大，而阴极加湿温度对电池性能没有太大的影响.电池工作压力对电池性能有很大影响关键词：电池温度阳极加湿温度阴极加湿温度电池性能1、介绍燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的高效、清洁型的发电装置.燃料电池是继

2、水力发电、火力发电和原子能发电之后的第四种电源技术，是二十一世纪最有希望的城市型、分散型发电技术.燃料电池商业化的两个主要课题方向即为好的性能和低的成本.PEM燃料电池的性能受电池的极化影响.为了减少极化，我们必须了解电池型能与操作参数的影响关系叫2、实验系统燃料电池测试系统是由美国燃料电池技术公司生产的可以控制电池的温度、加湿温度以及两极的背压的测试系统.本实验中所用的燃料电池单体的有效面积为5c膜为Nafion112.3、实验结果与分析在质子交换膜燃料电池中，正极为氧化物电极，是氧电极；负极为燃料,电机，是氢E=+h-(1)电极.因此对于燃料电池，其电池电动势的表达式为：尸P/。RT1E=

3、-nP1jP(2)在工作温度范围内，反应生成液态水，上式可变为：nF从上式我们就可以知道温度和压力对电池的性能有很大影响.3.1电池温度的影响本组实验条件是：阳极和阴极的加湿温度均为343.15K.氢气和空气的流量分别为600sccmI1OOsccm.电池的温度从313.15K变化到363.15K,增量为10K.图2是电池性能与电池温度的关系.从图中我们可以看出，当电池温度超过加湿温度时，电池性能随温度的升高而降低.当电池温度低于加湿温度时，电池的性能随温度的升高而提高.这主要是因交换电流密度随着温度的升高而增大.当电池温度超过加湿温度时，电流密度迅速降低，这说明了膜脱水以及活性催化剂表层减少

4、.电池温度对电池性能的影响在高电流密度区较为显著.3.2加湿温度的影响为了研究加湿温度对电池性能的影响,我们做了2组实验.一组是改变阳极的加湿温度而阴极的加湿温度保持不变在343.15K；另外一组是改变阴极的加湿温度而阳极的加湿温度保持在343.15K.两组实验氢气和空气的流量分别为600SCCm和I1oOSCCm,气体压力为0.12Mpa.不同阳极加湿温度下的极化曲线如图2所示.从图中我们知道，电池性能随着阳极加湿温度从313.15到363.15K的升高而提高，但是在353.15和363.15K间变化不是很大.结果表明膜没有完全水合，甚至在当电池阳极加湿温度等于电池温度的时候.不同阴极加湿温

5、度的实验结果如图3所示.从图中我们可以知道，电池性能随着阴极加湿温度从40到90。C的升高而提高.与不同阳极加湿温度相似，当阴极加湿温度在80和90。C间，阴极加湿温度对电池性能影响不大.3.3压力的影响该组实验通过调节背压调节器来获得不同的背压.阳极和阴极的加湿温度都是7(C.氢气和氧气的流量分别为600SCem和I1OOSCCm.极化曲线如图4.从图中我们可以知道，电池的性能随背压的升高而提高.这是因为压力的升高使反应气体分压，气体溶解度以及物质传递速度都增大.4、结论1、PEM燃料电池的性能随着温度的升高而提高.2、阳极加湿温度对电池性能的影响比阴极加湿温度对电池性能的影响更加显著.3、电池的性能随电池工作压力的升高而提高.参考文献1HongSun,Hongtan1iu,1ie-JinGuo.PEMfue1ce11performanceanditstwo-phasemasstransportJ.Journa1ofPowerSources,2005,143:125-135.2吴玉厚，张勇，孙红，陈士忠PEM燃料电池操作性能的实验研究J.沈阳建筑大学学报(自然科学版)，2005,21(4):395-398.