加湿是质子交换膜燃料电池.docx

通过质子交换膜燃料电池堆的出口气体冷凝水分的空气加湿湿度和回收水A湖南理工学院，物理与电子工程学院，岳阳，湖南414006，中国B武汉理工大学材料合成与加工先进技术国家重点实验室，武汉，430070，中国C武汉华中科技大学，能源与动力工程学院，430074，中国文章信息文章历史：2011年9月2日收到2012年2月29日接受2012年3月13日在线提供关键词：质子交换膜燃料电池栈水回收空气中自给自足的水冷凝器摘要：加湿是质子交换膜燃料电池（PEMFC）运行的最重要因素之一。为了保持薄膜处于水合状态，在质子交换膜燃料电池技术中，特别是在大功率应用或长时间运行时，需要大量最佳状态的水。为了水中堆栈的空气可以自给自足，在研究中引进了一种冷凝器，可以在出气口分离出液态水。人们通过实验和理论来研究冷凝器出气口的冷凝温度和水中自给自足空气的出水回收量。结果表明，冷凝空气自给自足的水的温度与堆栈的工作电流无关。当冷凝器出口温度在理论线以上时，回收水没有得到充分的空气加湿。相反，当温度低于理论线时就会得到充分的加湿。同时也表明，当水分充分冷却时，大量的水可以从出口的气体中分离，随着时间几乎呈线性增长。通过冷凝器的引进，通过出口气体的冷凝，大量的回收水可以容易的使水中自给自足的空气达到合适的温度。1.介绍由于能量转换效率和功率密度高、启动迅速和污染少，质子交换膜燃料电池（PEMFC）已被认为是一个便携式的有前途的电源设备、运输和固定的应用。PEMFC的很多方面如热管理，温度分布，系统优化设计等，多年来一直被研究着。然而，对于操作性的质子交换膜燃料电池的一个关键要求是保持高含量的电解液，以确保准确的离子电导率。因此，必须不断地提供水分子来防止膜干燥，否则可导致离子导电性急剧下降。迄今为止，为防止膜干燥已经开发了很多方法，他们主要分为外部加湿和内部加湿。外增湿是指通过在加湿反应气体之前进入加湿器来加湿膜，加湿的主要过程主要发生在燃料电池外。由于这一过程比较容易处理，它一直是最常见的技术。李等人研究了通过改变膜加湿方向如加湿阳极、阴极加湿和阳极和阴极加湿（称为两侧加湿）对膜加湿的外部影响。结果表明，两侧加湿时细胞能实现最佳性能。阳极的更高温度加湿导致电池性能下降。荣格等人为PEMFC车开发了一个大型气体加湿系统喷射器。加湿系统包括一个喷射器，双工焓混合器和水管理设备。可以观察到，加湿性能受注水温度影响十分严重。他们的研究中，气体流量和入口气体温度也影响了加湿性能和响应时间。斯里达尔等在研究外部膜阳极加湿。结果表明，随着电流密度和电极面积的增加，溶剂状态的水质子逐渐减少，而冷却水本身可以用来加湿氢气。Springer等使用外部湿化模型来研究质子在膜中的运输，在典型操作条件下，模型预测的净水质子通量为0.2h20 / Ht。阮和同事报道了直接注射液体方案的有效性和交叉流场设计提供了足够的气体来保持水化膜的最佳状态，减少传质限制反应物和电极驱。贤和基姆研究了一个用于燃料电池外部加湿的方法，用露点变送器测量气体的湿度和温度。E-TEK电极和Nafion 115膜被用来确定相对湿度和电池性能之间的关系。结果表明，氢气的相对湿度比空气或氧气低10~15%。Rajalakshmi和同事在一个外部的传统加湿器研究了各种型式的水在各种运行条件下的提取状态。在努力实现相对湿度（RH），特别是对千瓦栈要求的时候，在反应物压强降低这一方面，优化加湿性也被讨论。内部加湿是指通过主要采用新型自增湿膜和自增湿流场结构的电化学反应所产生的水分子加湿膜的这一过程。李等人为自增湿质子交换膜燃料电池的应用制备了Ptzirconium phosphate Nafion复合膜。水是由氢和氧在Pt颗粒嵌入在交叉膜中产生的，而且这种膜可因此被在原位生成的水水合。Pt浸渍的Nafion膜的影响大小，分布和数量也被详细研究。杨等人提出了一种PEMFC的自增湿膜，这种膜采用共聚树脂及溅射技术。由于Pt颗粒增加，它的质子电导率自增湿电池性能较高。王等人开发通过溅射Pt／SiO2催化剂颗粒均匀的Nafion树脂而自增湿的复合膜。与商业的Nafion?nre-212相比，电池性能有了明显的提高。Santis等人使从排气中产出的水来间接地加湿膜，结果表明，电池几乎有与进行外加湿操作时同样的性能。Büchi和Srinivasan?提出了一种通过气体内部加湿新型质子交换膜燃料电池的操作，也研究了在使用干燥的氢气/空气时PEMFC的操作条件。影响进行了研究。该模型预测，电化学反应所产生高达70度的水可以充分内部加湿从阴极进入的干燥空气，该模型实验性地验证了，PEMFC在干燥气体中高达1800小时的长期运行下，电池的温度高达60度。葛等人用海绵吸收水来研究了内部加湿的PEMFC的性能，安装海绵心对干燥入口气体的湿度和