小型氢—空燃料电池的结构及其性能的研究

小型氢-空燃料电池要市场化,必须简化系统。本文以我们实验组所研发出来的三合一膜电极为基础,同时结合小型化、实用化的要求,提出了简单、易于操作的电池结构。主要研究方法是,去除电池的控温系统、增湿系统、冷却系统,设计不同的流场板结构并在室温下研究其电池性能。 首先,本文讲述了EMA膜电极的制备过程和整个电池的设计,并对实验的测试系统和测试内容进行说明。 其次,研究流场板类型对氢气分布的影响。设计了自己的蛇形流场板和直通道流场板,组装两个电池堆。实验结果表明,我们设计的直通道流场比蛇形流道好,它有利于小型氢-空燃料电池的氢气分布。该流场板采用平行流道,有利于组装多片电极。 再次,研究不同的直通道流场板对电池堆水热平衡的影响。第一,设计两种不同尺寸的流场板,组装电池堆A电池(流场板规格2.4cm×12.4cm×3mm)和B电池(流场板规格3.4cm×8.9cm×4mm),结果表明,两个电池性能都较稳定,各单节电池电压的分布也比较均匀,但是总的来说是A电池性能较好,即流场板规格为2.4cm×12.4cm×3mm,有利于小型氢-空燃料电池的水热平衡。第二,设计了两种不同槽深的流场板,通过组装电池堆A电池(阴极槽深2mm)和C电池(阴极槽深2.5mm),实验结果表明两种流场板保持水平衡的能力差不多;而在高电流时,使用2.5mm的槽深好于使用2mm的槽深,即增加槽深有利于小型燃料氢-空燃料电池的热平衡。 最后,组装了一个最佳结构的的电池堆,研究运行条件对其性能的影响。实验结果表明:加分散板有利于电池堆气体的分布,使单节电压分布均匀。增加氢气流量对电池的性能影响不大,但不能小于0.5L/min,不然就会出现由于浓差极化而导致性能下降的现象。该电池堆的最高功率密度出现在6A电流,可达到42W,而且运行10h,性能稳定。