高温质子交换膜燃料电池性能研究

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1、硕士学位论文（工程硕士）高温质子交换膜燃料电池性能研究RESEARCHONHIGHTEMPERATUREPROTONEXCHANGEMEMBRANCEFUELCELLPEROFRMANCE王志刚哈尔滨工业大学2014年6月国内图书分类号：TM911.4学校代码：10213国际图书分类号：620.9密级：公开工程硕士学位论文高温质子交换膜燃料电池性能研究硕士研究生王志刚导师张宇峰教授副导师张雪林讲师申请学位工程硕士学科软件工程所在单位软件学院答辩日期2014年6月授予学位单位哈尔滨工业大学ClassifiedI

2、ndex:TM911.4U.D.C.:620.9DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONHIGHTEMPERATUREPROTONEXCHANGEMEMBRANCEFUELCELLPEROFRMANCECandidate：WangZhigangSupervisor：Prof.ZhangYufengAssociateSupervisor:LecturerZhangXuelinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEng

3、ineeringSpeciality：SoftwareEngineeringAffiliation：SchoolofSoftwareDateofDefence：June,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要高温质子交换膜燃料电池(HighTemperatureProtonExchangeMembraneFuelcell,HT-PEMFC)由于其具有电化学反应活跃、CO的耐受性好、废热利用率高和水热管理简单等优点，在进十年

4、来发展成为新的质子交换膜燃料电池技术。HT-PEMFC的研究主要分为两部分：第一部分是对高温质子交换膜（HighTemperatureProtonMembrane,HT-PEM）进行研究，另一方面则为HT-PEMFC在不同的操作条件下对其性能所产生的影响。在本文中，操作条件基本考虑的为HT-PEMFC所处的环境温度、反应物的进气压力和进气流速。本文首先通过对HT-PEMFC和HT-PEM的工作原理进行研究并且对HT-PEMFC的极板结构(PolarPlateStructure,PPS)进行建模仿真，研究不同的

5、极板结构对HT-PEMFC性能的影响。结果表明：蛇形的流场结构比平行流场结构更能够提高高温质子交换膜燃料电池的性能。其次又对HT-PEM进行了预处理和制备，并且研究了HT-PEM在温度为200℃的时候，其质子传导率能够达到最大为0.091Scm-1，并且研究了膜电极在不同的制备条件下，条件因素与膜电极性能之间的关系。然后本文又设计和制备HT-PEMFC，通过在不同的操作条件下，测试HT-PEMFC的性能，得到操作条件与HT-PEMFC的性能关系如下：随着温度的升高，HT-PEMFC的性能会明显提高，当温度为1

6、60℃时，电池性能最大为1.48W。增大气体的输入压强，也会明显的提高HT-PEMFC的性能，但是，当反应气体的压强大到一定程度的时候，由于过大的压强会导致反应气体渗透到膜电极的另外一侧，造成浓差极化的现在，所以高HT-PEMFC的性能会有所下降，当压强为0.1MPa时的，电池的性能最大为1.48W。HT-PEMFC的性能也会随着反应气体输入的流速加快而变大，但是，当流速过大时，由于其会带走部分电池内部的热量，导致电池内部的温度下降，并且会导致反应气体渗透到膜电极的另外一侧形成浓差极化，因此会降低HT-PEM

7、FC的性能，当氢气和氧气的流速为40mLmin-1,时，电池的性能最大为1.48W。并且当HT-PEMFC作为重整燃料电池时，具有比传统的电池更高的输出性能，其性能也非常稳定，经过85小时持续放电，功率仅下降0.13W。关键词：高温质子交换膜燃料电池；操作参数；高温质子交换膜；极板结构-I-AbstractHightemperatureprotonexchangemembranefuelcell(HT-PEMFC),hasmanyadvantages,suchasfastreactionkinetics,hi

8、ghtolerancetocarbonmonoxidepoisoning,easywasteheatrecoveryandsimplewaterandheatmanagement,Asanewtechnologyofprotonexchangemembranefuelcell,itisdevelopedinrecentyears.TheresearchonHT-PEMFCcandividedinto