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1、 聚合物电解质膜燃料电池摘要 由于副产物水的阴极催化剂层（CCL）的存在，要让冷启动高分子电解质膜燃料电池的温度等于0是一个挑战。在冷启动条件下（-10到0）,可以认为特定流速和流场，诱导气体扩散层（GDL）和阴极催化剂层对陆地对流传输。冷启动在-4，-6和-8环境室试验里以恒电流控制电流密度，结果显示，在交叉型流场的冷启动条件下比平行流场下能够提供更好的性能。1简介为了实现燃料电池必须在极端环境中操作，副产物水必须在零度的条件下才能实现。冷冻水可能会导致性能下降，部件损坏。水的形成在阴极催化剂层零度以下运行，研究者开发的冷启动一维分析模型可以整合成一个三维多相流模型。 图1显示相邻通道之间的
2、交叉流。还显示计算机建模和仿真研究冷启动现象。气体流量在阴极区，有利于启动。研究发现低电流产生的水少可以延长电池寿命。不过实际的冷启动时间需要更高的余热，通常需要较高电流才能实现。平行流场和相互交叉的流场，之间的主要区别在于，平行流场没有水扩散，而交叉流场诱导对流传输。图2表示研究的温度范围为-30到202测试参数和数据分析为了比较平行流场的冷启动性能，必须对效果进行分析。研究表明，在零度以下的温度，它的低饱和度采用高气体流速。比率的尺寸参数是：图3设计过渡流场的测试。流场之间的切换配置是通过打开和关闭阀门实现的。图4测试燃料电池流程图图5显示在80曲线之前，冷启动测试并行和交叉流配置。由于考
3、虑改变空气温度，水的生产，对余热生产变化进行了分析评估。对总电荷转移的密度进行了计算：其中，i是电流密度是生产水的密度，F是法拉第常数欧姆电阻浓度的定义：其中VCELL（V）记录电池电压，VOIS预测电压3. 实验装置和程序注：Temperature温度 Cell Temperature电池温度 Chamber Temperature室温图6表示电池首次在80使用纯氢气和医疗级空气的温度范围。图7表示电池在启动期间0到-10电流密度的温度范围上图显示并联配置的温度范围。一旦电池操作不稳定将停止注：Current step 电流Stoichiometry化学计量4结果与讨论图8和图9显示各冷起动
4、的测试性能。性能是通过极化曲线和测试后抓获的。图10显示该试验电池性能的损失。图11，12表示冷启动可变电压，电流密度和电池温度。4.1电池流场性能对比 流场的大小可归因于地面更高的对流流速。通过检查图中的温度数据，在平行和互相交叉的情况下，可以有更好的性能。总体而言，在较低的电流密度的情况下，可以设计更好的冷启动，成功的冷启动是在-6。表1显示，两者在-6的情况下能够成功运行。注：Voltage电压 Parallel平行 Start Temp开始 Interdigitated相互交叉图8表示冷起动测试，并行（蓝色）和相互交叉（红色）的配置下，用于各种温度和密度的步骤：-4（a）和（b），-6
5、（c）和（D），-8（E）和（f）。 4.2电流密度的影响流场试验,稍微加热在2到6情况下,加热速率温度为4，第一次的运行效率下降。总的来说,阴极温度在温度高于阳极方面有所增加。这是由于氧气还原反应产生的废热 。阴极比阳极侧较快上升，这是由于氧还原反应（ORR）。2-6壳体的阴极温度运行500秒结束。图8测试并行(蓝色)和互相交叉(红色)配置的密度并行数据在-4，发挥稳定的性能。在-6电池性能容易不稳定，特别是在生产高的电流密度。图中显示小区的入口处的热率为朝向单元的出口地区。图中显示在约200秒大大降低，并且匹配更紧密的加热速率。这种温度特性，大大降低了电池效率。注：Voltage电压 Pa
6、rallel 平行 Cathode Stoic 阴极曲线Anode Stoic阳极曲线图中显示80的极化曲线,采取冷启动，描述测试之前和之后对电池性能的影响注：Temperature温度 Current step 电流曲线，图11电池温度在测试中的数据。实线指阴极测热电偶读数的平均值,而虚线指阳极测热电偶读数的平均值。图12比较几个变量的结果注:Cell Region Temperature单元格区域温度 inlet入口 center 中心 outlet出口图12显示2-6壳体的阴极侧热电偶的数据。请注意，温度变暖入口开始处。5结论聚合物电解质膜电池是一种直接将燃料和氧化剂中的化学能转化为电能
7、学的装置，具有能量转换效率高，操作温度低，启动快的特点。聚合物电解质膜是电池的核心部件，起着分隔燃料和氧化剂的作用，一直以来是燃料电池研究领域飞热点。这个研究工作得到了韩国研究所的肯定。参考文献1 E. Cho, J. Ko, H. Ha, S. Hong, K. Lee, T. Lim, I. 杂志电化学学会（2003）A1667-A16702 E. Cho, J. Ko, H. Ha, S. Hong, K. Lee, T. Lim, I. Oh,电化学学会151（2004）A661-A665。3 S. Kim, B. Ahn, M. Mench, 膜电极汇编语言程序设计，杂志（2008）
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