一维PEMFC低温冷启动瞬态模型研究

摘要

针对质子交换膜燃料电池在低温下因冰堵塞导致冷启动失败的问题，将扩散层、催化层和膜中水的传递和相变方程进行耦合，基于COMSOL建立了质子交换膜燃料电池一维瞬态变温多相模型。多相模型考虑水在273.15 K以下结冰来研究恒电流输出、膜厚、膜初始含水量、电极材料及环境温度对电池冷启动性能的影响。结果表明：较低的电流密度、膜厚和初始含水量，产热较少、结冰速率延缓，导致电池性能衰减更慢；使用金属双极板材料，可通过在冷启动期间更快提高电池温度，从而提高燃料电池的冷启动性能；环境温度决定电池冷启动成功与否，依靠外加热实现电池冷启动成功存在一极限温度。

关键词

质子交换膜燃料电池 / 冷启动 / 恒电流 / 一维瞬态模型 / 数值模拟