文献类型：期刊文章

作　　者：罗来明[1] 张劲[1] 郭志斌[2] 王海宁[1] 卢善富[1] 相艳[1]

LUO Laiming;ZHANG Jin;GUO Zhibin;WANG Haining;LU Shanfu;XIANG Yan(Beijing Key Laboratory of Bio-inspired Energy Materials and Devices,School of Space and Environment,Beihang University,Beijing 100191,China;Beijing Heracles Novel Technology Co.,Ltd.,Beijing 102699,China)

机构地区：[1]北京航空航天大学空间与环境学院,仿生能源材料与器件北京市重点实验室,北京100191 [2]北京海得利兹新技术有限公司,北京102699

出　　处：《化工学报》

基　　金：国家重点研发计划项目(2018YFB1502303);国家自然科学基金项目(22178012,U22A20419)。

年　　份：2023

卷　　号：74

期　　号：4

起止页码：1724-1734

语　　种：中文

收录情况：AJ、BDHX、BDHX2020、CSCD、CSCD2023_2024、EAPJ、EI、IC、JST、RCCSE、SCOPUS、ZGKJHX、核心刊

摘　　要：以大尺寸单电池(有效工作面积为165 cm2)和多片单电池组装而成的电堆为研究对象,通过数值模拟和实验测试相结合的方法探究了单电池数量对高温聚合物电解质膜燃料电池堆输出性能、单池一致性和热管理的影响。模拟结果显示,当电堆的单池数量从10片增加至60片时,平均单池电压从0.6414 V略微降低至0.6404 V,且单池之间电压极差从1.8 mV增加至6.5 mV;单池间的平均工作温度从431.01 K升高至433.90 K,且每单池自身工作温度的极差从6.95 K增加至10.22 K。表明随着电堆单池数量的增加,电堆的平均单池电压呈轻微下降趋势,且单池间电压极差变大,单池电压一致性有所下降,单池间的温差变大,其单池自身的均温一致性也有所降低,电堆热管理难度增加。在模拟结果的指导下分别组装了30、60和120片单池的高温膜燃料电池堆,在氢/空干气、33 A的恒流放电条件下,测得30、60和120片单池电堆的平均单池电压分别为0.6566、0.6548和0.6552 V,单池极差从24 mV增加到59 mV,与模拟结果显示出良好的一致性,验证了模拟结果的有效性。在氢/空干气计量系数为1.5/2.5的操作条件下,展示出了优异的输出性能,三个电堆在80 A电流放电时的输出功率分别达到1.35、2.64和5.28 kW。研究结果可为千瓦级高温聚合物电解质膜燃料电池堆的设计和组装测试提供理论和实践指导。

关 键 词：燃料电池 千瓦级电堆  数学模拟 实验验证  高温聚合物电解质膜  电池一致性  

分 类 号：TH3]