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影响燃料电动汽车电池水平衡的主要因素


《电动汽车》 / 2012-03-23

     影响水平衡的主要因素。由上面水的迁移机理可以看出,凡是影响电渗、扩散、水补给等的因素都将影响水的平衡,即膜的湿度与放电电流密度、反应气的湿化程度、电池工作温度、反应气温度及反应气的流量有密切关系。

 


    放电电流密度既影响水的生成量,又影响电渗。由电池的工作原理和反应的化学方程式也可以看出,质子交换膜燃料电池的产水量与工作电流呈线性关系,工作电流越大,电池的产水量越大。工作电流和电池的产水量之间有一一对应关系,并且由Z.H. Wang和C.Y. Wang的理论推理可以得到液体水出现的临界电流密度。PEMFC的模拟及其试验分析表明:在电流密度不大的情况下,越过膜的水的净流量很低,膜很容易被加热的反应气吹干,出现干涸现象;随着电流密度的提高,产水量增加,电渗系数减小,电池内阻明显增大,导致电池工作电压急剧下降。

 


    电池工作温度及反应气温度会影响水在气室的饱和蒸汽压,进而影响水的扩散和补给。温度对燃料电池的性能有重要影响。一般来说,高温时燃料电池的性能更稳定。影响电池性能的主要因素也会随着电池温度的不同而不同。燃料电池的工作温度极大地影响着电极处电化学反应活性、膜的湿化和传热传质等。温度升高会加快膜中水的蒸发,这会增加质子在膜中传输的阻力。对一般的膜材料来说,在湿度不变的情况下,质子传导率随着温度的升高而增加。反应气的湿化程度会影响扩散及水补给。试验表明,阳极增湿程度越大,阳极向阴极迁移的水越多,膜阳极侧水的含量越多,电流密度分布越均匀。在低电流密度的情况下,反应气中的水对电池性能的提高是有帮助的。但是,当电流密度升高后,阴极侧由于反应本身会生成水,再加上从阳极电渗过来的水,容易造成过多的水聚集在阴极造成阴极电极淹没。

 


    反应气的流量也是影响水平衡的主要因素。当大的气流量通过时,电极入口处的质子交换膜会被吹干,造成电池的内阻大幅度上升甚至难以工作。但无论是电流密度、工作温度还是湿化程度,对水平衡的影响都不是独立的,而实际工作条件最终决定燃料电池中的水平衡状况。

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