燃料电池冷启动课件.ppt
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- 燃料电池 冷启动 课件
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1、课题名称:PEMFCs cold startPEMFCs cold start演示者:汽车学院汽车学院 新能源专业新能源专业 概概 况况123PEMFC冷启动概述冷启动概述PEMFC冷启动水问题研究冷启动水问题研究PEMFC冷启动方案研究冷启动方案研究冷启动概述冷启动概述1 何为燃料电池冷启动?何为燃料电池冷启动?一般来说在冰点以下的温度启动为冷启动一般来说在冰点以下的温度启动为冷启动2 为什么要研究冷启动?为什么要研究冷启动?随着化石等传统能源的紧缺与全球气候不断变暖,人类面临着巨大的随着化石等传统能源的紧缺与全球气候不断变暖,人类面临着巨大的能源危机与生存危机。亟需寻求新型、高效、清洁能源
2、来逐步替代传能源危机与生存危机。亟需寻求新型、高效、清洁能源来逐步替代传统能源以应对能源危机。燃料电池以其优异的性能成为世界各个国家统能源以应对能源危机。燃料电池以其优异的性能成为世界各个国家研究的热点,在发电,移动电源,车载电源上发挥了巨大作用。燃料研究的热点,在发电,移动电源,车载电源上发挥了巨大作用。燃料电池汽车的研究日益深入,但其商业化仍然存在技术瓶颈问题,除了电池汽车的研究日益深入,但其商业化仍然存在技术瓶颈问题,除了电池耐久性和成本因素,提高低温启动性能也是关键问题之一。电池耐久性和成本因素,提高低温启动性能也是关键问题之一。3 冷启动中的主要问题?冷启动中的主要问题?当燃料电池内
3、的温度低于冰点时,燃料电池工作产生的水会发生冻结。当燃料电池内的温度低于冰点时,燃料电池工作产生的水会发生冻结。在电池内的温度上升到零度之前,催化层内的水如果发生冻结,电化在电池内的温度上升到零度之前,催化层内的水如果发生冻结,电化学反应将会因反应区域的冰封而停止,同时冰的形成由于体积膨胀可学反应将会因反应区域的冰封而停止,同时冰的形成由于体积膨胀可能会对膜电极组件的结构产生严重的破坏。能会对膜电极组件的结构产生严重的破坏。4 燃料电池汽车冷启动现状燃料电池汽车冷启动现状现有的大多数燃料电池系统冷启动需要辅助方法,例如辅助电源加热、冷却介现有的大多数燃料电池系统冷启动需要辅助方法,例如辅助电源
4、加热、冷却介质加热、热气体吹扫、氢气氧气电池内部直接接触反应等。无辅助方法的冷启质加热、热气体吹扫、氢气氧气电池内部直接接触反应等。无辅助方法的冷启动性能需要进一步显著提高,因为辅助冷启动会增加系统的体积和重量,同时动性能需要进一步显著提高,因为辅助冷启动会增加系统的体积和重量,同时还有操作的复杂性和附加成本。在冷启动这一方面的实验与仿真研究并不是很还有操作的复杂性和附加成本。在冷启动这一方面的实验与仿真研究并不是很多,尤其是无辅助热源的冷启动需要更多的研究与努力。奔驰、丰田等大型汽多,尤其是无辅助热源的冷启动需要更多的研究与努力。奔驰、丰田等大型汽车公司都在致力于提高冷启动的性能研究,下图是
5、一些不同低温下的启动时间。车公司都在致力于提高冷启动的性能研究,下图是一些不同低温下的启动时间。冷启动概述冷启动概述0204060-30-20-100温度温度/Cold start时间时间/sCanadaJapanUS低温启动水研究低温启动水研究PEMFC系统水的来源?系统水的来源?1 气体加湿和膜增湿的水分气体加湿和膜增湿的水分2 燃料电池内部电化学反应产生的水燃料电池内部电化学反应产生的水3 大功率电堆的循环水大功率电堆的循环水水的在水的在PEMPEM中的传递中的传递HANODEMembraneCLGDLBPHreaction area2O-eCATHODEOH2OH2OH2OH2GDLF
6、low channelOUTPEMFCPEMFC内水的冻结内水的冻结由水的形成与传递机理可以看出,水的冻结可以发生在由水的形成与传递机理可以看出,水的冻结可以发生在CL、GDL和流道中,下面分别介绍这几种冻结方式。和流道中,下面分别介绍这几种冻结方式。supplied gas flow direction water production ice formationCLGDLFlow channel temperature decreasing from CL to Flow channel 电化学反应产生的水由于冷启动温度过低导致催化层电化学反应产生的水由于冷启动温度过低导致催化层内的水还没
7、来得及扩散出去就已经发生了冻结,进而内的水还没来得及扩散出去就已经发生了冻结,进而覆盖了催化活性表面,阻碍了电化学反应的进行,导覆盖了催化活性表面,阻碍了电化学反应的进行,导致电流密度变小,产热减少,引起冷启动失败。致电流密度变小,产热减少,引起冷启动失败。PEMFCPEMFC内水的冻结内水的冻结supplied gas flow direction water production liquidformationCLGDLFlow channel temperature decreasing from CL to Flow channel iceformation此过程中,此过程中,CL内的
8、水没有发生冻结,处于液态内的水没有发生冻结,处于液态状。当传递到状。当传递到GDL时,由于传递过程中温度的时,由于传递过程中温度的降低,水发生冻结,导致流道内的气体很难进入降低,水发生冻结,导致流道内的气体很难进入CL,阻碍了电化学反应,使得冷启动失败。这,阻碍了电化学反应,使得冷启动失败。这种现象只发生在一定的温度范围之内。种现象只发生在一定的温度范围之内。PEMFCPEMFC内水的冻结内水的冻结supplied gas flow direction water production liquidformationCLGDLFlow channel temperature decreasin
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