文献类型：期刊文章

作　　者：韩启沃[1] 刘永峰[1] 裴普成[2] 张璐[1] 姚圣卓[1]

HAN Qiwo;LIU Yongfeng;PEI Pucheng;ZHANG Lu;YAO Shengzhuo(Beijing Engineering Research Center of Monitoring for Construction Safety,School of Electromechanical and Vehicle Engineering,Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing 100044,China;State Key Laboratory of Intelligent Green Vehicle and Mobility,Tsinghua University,Beijing 100084,China)

机构地区：[1]北京建筑大学机电与车辆工程学院,北京市建筑安全监测工程技术研究中心,北京100044 [2]清华大学智能绿色车辆与交通全国重点实验室,北京100084

出　　处：《化工学报》

基　　金：国家自然科学基金项目(52376091);先进内燃动力全国重点实验室开放研究项目(K2023-04);北京建筑大学培育项目专项资金项目(X24030)。

年　　份：2025

卷　　号：76

期　　号：1

起止页码：374-384

语　　种：中文

收录情况：BDHX、BDHX2023、核心刊

摘　　要：工作温度直接影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)的膜态水含量和功率密度,决定了膜的质子传输效率。为研究工作温度对PEMFC质子传输效率及性能的影响,提出了膜质子传输(membrane proton transport,MPT)模型。该模型考虑了工作温度变化对膜态水含量的影响,推导了输出电压计算公式,并将MPT模型耦合进COMSOL进行了多物理场计算。搭建了燃料电池测试系统,在进气相对湿度100%,工作温度为50、60和70℃下进行了实验和数值仿真,基于MPT模型计算了输出电压,分析了工作温度变化对跨膜水通量、膜态水含量和质子电导率的影响。结果表明:工作温度为70℃时,MPT模型与实验值的最大相对误差为8.41%;在电流密度0~800 mA/cm^(2)范围内,相对误差为0.12%~2.52%。相同进气口压力、进气相对湿度和进气流量下,随着工作温度升高,跨膜水通量增加,膜态水含量降低且分布更均匀,PEM的湿润程度更高,质子电导率升高。在电流密度0~650 mA/cm^(2)范围内70℃的输出电压低于50℃,在电流密度650~1300mA/cm^(2)范围内高于50℃和60℃。随着电流密度升高,跨膜水通量增加,膜态水含量分布更均匀,部分工况下质子电导率升高。当工作温度为70℃时,PEMFC的功率密度最大,为399.73 mW/cm^(2)。

关 键 词：燃料电池 质子交换膜 工作温度 电池性能 数值模拟  再生能源

分 类 号：TM911.48]