流场结构对阴离子交换膜电解槽性能影响的研究

摘要

为了探究不同流场结构对阴离子交换膜电解槽（anion exchange membrane water electrolyzer, AEMWE）性能的影响及其机理，基于计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）方法对双极板的平行流场、单蛇形流场、双蛇形流场3种流场结构形式下AEMWE进行数值分析，确定在流速分布、压力分布、温度分布以及氢气浓度和极化性能等方面综合性能最佳的双极板流场结构。结果表明，与在平行流场以及单蛇形流场结构下相比，在双蛇形流场结构下AEMWE的进出口压降为2 400 Pa更为适中、电流密度更大、平均氢气浓度为1.031 8 mol/m³以及温度分布均匀系数为0.003 8。双蛇形流场结构下AEMWE的传质传热以及能耗控制更佳、整体性能最好，为后续优化流场结构设计和制造AEMWE提供了参考。

关键词

电解 / 阴离子交换膜 / 流场设计 / 计算流体力学 / 三维数值模型