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1、第43卷第8期當(dāng)代化工Vo1．43．No．82014年8月ContemporaryChemica1IndustryAugust，2014高溫質(zhì)子交換膜燃料電池機(jī)理模型研究進(jìn)展趙茜茜，屈樹國(guó)(青島科技大學(xué)化工學(xué)院，山東青島266042)摘要：建立高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的機(jī)理模型可以加深對(duì)其內(nèi)部傳遞現(xiàn)象和反應(yīng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，同時(shí)可以預(yù)測(cè)不同參數(shù)下燃料電池的性能，對(duì)優(yōu)化電池的操作條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)等具有重要的指導(dǎo)意義。對(duì)現(xiàn)有的高溫質(zhì)子交換膜燃料電池機(jī)理模型進(jìn)行了評(píng)述，分析了基于磷酸摻雜聚苯并咪唑膜(H，POgPBI)不同維數(shù)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)模型
2、及基于其他復(fù)合膜模型的優(yōu)點(diǎn)和不足，并指出了高溫質(zhì)子交換膜燃料電池模型的研究方向。關(guān)鍵詞：高溫質(zhì)子交換膜燃料電池；模型；優(yōu)化中圖分類號(hào)：TQ646文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671—0460(2014)08—1558—04ResearchProgressinMechanismModelforHigh—TemperatureProtonExchangeMembraneFuelCellZHA0Qian—qian，QUShu-guo(DepartmentofChemicalEngineering，QingdaoUniversityofS
3、cience&Technology,ShandongQingdao266042，China)Abstract：Developingmechanismmodelforhigh—temperatureprotonexchangemembranefuelcellcanhelpustounderstandthetransferphenomenaandreactionmechanism．topredicttheperformanceoffuelcellsunderdiferentparametersandoptimizetheopera
4、tionalconditionandstructureparametersoffuelcells．Inthispape~diferenttypesofmathematicalmodelsforhigh—temperatureprotonexchangemembranefue1cellwerecomparedandanalyzed．Theadvantagesanddisadvantagesofvariousmodelsofdiferentdimensionalsteady．stateanddynamicmodelsusingph
5、osphoricacid-dopedpolybenzimidazolemembrane(PBI／H3PO4)andothermembraneswereanalyzed．Finally,theresearchdirectionofthemPEMFCmodelwaspointedout．Keywords：Hi曲．temperatureprotonexchangemembranefue1cells；Model；Optimization燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它按電化學(xué)原(1／2)02+2H+2e一H2O(2)理將貯存在燃料和氧化
6、劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電反應(yīng)生成的水通過(guò)電極隨尾氣排出，不會(huì)對(duì)電解質(zhì)能，具有高效無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。質(zhì)子交換膜燃料電產(chǎn)生稀釋，電池總反應(yīng)：池(Protonexchangemembranefuelcell，簡(jiǎn)稱PEMFC)H2+(1／2)o2H2O(3)是燃料電池的一種，以質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)，Pt／CPEMFC具有工作溫度低、啟動(dòng)快、比功率高、一—或Pt．Ru／C為催化劑，氫或凈化重整氣為燃料，空結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，是電動(dòng)汽車、固定發(fā)氣或純氧為氧化劑，帶有氣體流動(dòng)通道的石墨或表電站等的首選動(dòng)力源。面改性的金屬板為雙極板。PEMF
7、C單電池由膜電極組件(membraneelectrodeassembly,MEA)、流場(chǎng)板和電池端板組成。膜電極是PEMFC電池運(yùn)行過(guò)程I軸赫《罐中化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的核心部件，一般由擴(kuò)散層、催化層、質(zhì)子交換膜等組成。結(jié)構(gòu)如圖1所示。氫氣通過(guò)多孔氣體擴(kuò)散電極擴(kuò)散到陽(yáng)極催化層，在催化作用下反應(yīng)生成質(zhì)子和電子：H22H+2e’(1)圖1質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)Fig．1SchematicdiagramofPEMFCstructure陰極一側(cè)，氧氣通過(guò)多孔氣體擴(kuò)散電極擴(kuò)散到陰極催化層，與陽(yáng)極傳遞過(guò)來(lái)的質(zhì)子和通過(guò)外電路盡管基于全氟磺酸膜
8、的低溫(50-80℃)到達(dá)的電子發(fā)生如下的電化學(xué)反應(yīng)生成水：PEMFC取得了巨大的成功，然而其商業(yè)化還面臨基金項(xiàng)目：山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金(BS2012NJO04)及青島科技大學(xué)科研啟動(dòng)基金(400—0022506)。收稿日期：2014-06—17作者簡(jiǎn)介：趙茜茜
