质子交换膜燃料电池内部层间结构多尺度耦合热质动态传输机制

基本信息
批准号:21805210
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:23.00
负责人:陈会翠
学科分类:
依托单位:同济大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:章桐,高源,王珮琪,何煜祥,赵欣,许司晨
关键词:
Monte热质传输机理格子Boltzmann方法多尺度耦合Carlo方法质子交换膜燃料电池
结项摘要

Gas starvation is one of the main factors for the lifetime degradation of the Proton Exchange Membrane Fuel Cells on vehicle applications. However, it is difficult to accurately diagnose and effectively prevent the gas starvation of the fuel cells, because the mechanism of heat and mass transfer in fuel cell dynamic process is not clear enough..This project aims at the key scientific issue of the heat and mass transfer mechanism involved in the gas starvation in the fuel cell dynamic process, and investigation on the multi-scale coupled heat and mass transfer and electrochemical reaction dynamic model for internal flow channels, gas diffusion layers, and catalytic layers in fuel cells. By studying the quantitative mapping relationship between distribution parameters (water, gas, and heat) of flow channels, gas diffusion layer and catalytic layer in the dynamic process, the transmission mechanism of heat and mass transfer and performance degradation mechanism in the fuel cell dynamic process are revealed. The main innovations are the establishment of a multi-scale coupled heat and mass transfer and electrochemical reaction dynamic mechanism model for the inner layers of fuel cells, and the quantitative mapping relationship between the current density distribution , gas distribution parameters on the catalyst layer and the gas distribution parameters in the flow channel during the gas starvation..The research results of this project provides a theoretical basis for the control technology of the fuel cell gas starvation prevention and diagnosis, and for the structure design of long life and high dynamic response fuel cell. Previously published papers have accumulated experience for the project work (there are two TOP 1% of ESI). This project will publish at least 7 papers and 3 of them are SCI papers.

缺气是导致车用质子交换膜燃料电池寿命衰减的最主要原因之一,但很难实现对燃料电池缺气的准确诊断和有效预防,因为对燃料电池动态过程中热质传输机理不够清楚。.本项目针对燃料电池动态过程缺气现象所涉及的热质传输机理关键科学问题,研究燃料电池内部流道、气体扩散层和催化层多尺度耦合热质传输和电化学反应动态模型。通过研究动态过程中燃料电池流道、气体扩散层和催化层水、气、热等分布参数定量映射关系,揭示燃料电池动态过程内部热质传输机制和性能衰减机理。主要的创新,一是建立燃料电池内部层间多尺度耦合热质传输和电化学反应动态机理模型,二是提出动态过程催化层上分布参数与流道气体分布参数的定量映射关系。.本项目的研究结果,将为燃料电池缺气预防和诊断的控制技术,长寿命高动态响应燃料电池结构设计提供理论依据。前期发表论文为本项目工作积累了经验(有两篇入围ESI的TOP1%),本项目将至少发表7篇论文其中3篇为SCI论文。

项目摘要

缺气是导致车用燃料电池寿命衰减的最主要原因之一。本项目针对缺气的诊断和预防问题,通过建立燃料电池变载过程多尺度耦合热质传输模型,揭示了变载过程燃料电池内部层间结构气液两相传递机制,评估了变载过程气体分布质量。.项目建立了燃料电池内部多尺度耦合热质传输模型,研究了燃料电池工作参数对性能的影响;发现了燃料电池缺气发生区域存在位置特征,提出了燃料电池内部气体分布质量评价方法;分析了燃料电池工作参数对燃料电池性能和燃料电池内部气体分布质量的影响敏感度;最后基于大量实验和仿真结果,提出了基于机器学习的燃料电池缺气诊断方法。创新点主要包括建立了燃料电池内部多尺度耦合热质传输模型;提出了变载过程中燃料电池内部气体分布质量评价方法;研究了运行参数对工况的敏感度;提出了基于外特性的燃料电池局部缺气诊断方法。.项目结果为燃料电池局部缺气诊断提供了方法指导;为燃料电池运行过程中估计极限加载速度提供了理论指导;为燃料电池系统精准控制提供了理论基础。发表论文19篇(第一标注9篇,第二标注8篇,第三标注2篇),其中一作/通讯SCI论文15篇,一区SCI论文12篇,ESI高被引1篇;授权发明专利2项;成果获得中国交通运输协会科学技术特等奖(18/25)。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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