质子交换膜燃料电池双极板流动结构仿生设计探究

石自航; 杨亚晶; 魏衍举; 张晨杨

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (4) : 70 -80.

石自航, 杨亚晶, 魏衍举, 张晨杨

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摘要

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)内部燃料分布不均匀以及水管理能力不足导致的性能受限问题，基于海棠叶的叶脉结构，设计了一种新型仿生流场，采用数值方法深入研究了其性能。首先，通过观察海棠叶脉的自然流动形态，设计仿生流场；然后，通过数值模拟对比分析仿生流场、传统蛇形流场和平行流场的流场性能；最后，探究极限电流密度、峰值功率密度及内部氧气和电流密度的分布特性。研究结果表明：与传统的蛇形流场和平行流场相比，仿生流场的压降更低，催化层氧气浓度分布更均匀，供气质量更高；相较于平行流场和蛇形流场，仿生流场的电池极限电流密度分别提升了35.42%、6.81%,峰值功率密度分别增加了29.71%、5.22%,且除水能力较平行流场有所提升。该研究为PEMFC流场设计的优化提供了新思路，对提升燃料电池的整体性能和效率具有重要的实际应用价值。