质子交换膜燃料电池变截面收缩流场性能数值模拟与优化

摘要

质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板结构对反应气体的传质特性具有重要影响。常用的普通平形流场结构由于气体进出口浓度的变化导致尾端的传质性能下降，影响电池的整体性能，而变截面流道可优化反应气体在流道内的分布，有效提升传质性能。为此，结合流场的加工工艺设计了3种变截面的流场结构，采用COMSOL进行三维多物理场数值模拟，对比分析了燃料电池的极化与功率密度曲线、膜内电流密度、氧气分布、水分布和压降性能。仿真结果表明：第三种收缩流场相比于其他结构，能够改善电池的氧分布均匀性，减少水分以及提高水的均匀性，强化电池内部的传质特性；采用遗传算法对第三种收缩流场高度进行结构参数优化后，收缩流场高度为0.754 mm,功率密度相比于普通平行流场结构提高5.35%。

关键词

质子交换膜燃料电池 / 变截面收缩流场 / 结构优化 / 遗传算法

基金资助

重庆市梁平区科技研发攻关项目(Lpkj20240008); 重庆理工大学科研启动基金项目(2023ZDZ025)