质子交换膜燃料电池阻块叶形流场设计及性能研究

摘要

流场设计对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)的水热管理性能有重大影响。本研究针对叶形流场(leaf shaped flow field, LSFF)存在末端缺氧、局部水淹等问题，提出了在其主流道内设置阻块的改进设计，并探究了阻块数量对电池性能的影响。数值模拟结果表明，改进后的叶形流场强化了肋下传质，促进了液态水的排放，改善了反应物的分布，从而提升了燃料电池的整体性能。其中，当阻块的数量为7时(Case D),性能表现最好，相比于LSFF,净功率密度提高了15.8%。由此可见，阻块叶形流场不仅保持了叶形结构的低压降优势，还在反应物分布与传质性能上显著优于LSFF,突显了仿生流场优化在提升PEMFC整体性能方面的潜力。

关键词

质子交换膜燃料电池 / 流场设计 / 叶形流场 / 阻块 / 净功率密度