基于可视化技术的氢燃料电池气体扩散层仿真分析

基于可视化技术的氢燃料电池气体扩散层仿真分析

氢燃料电池汽车具有高效率和零排放的优点，因而成为了众多汽车制造商和研发结构研究的重点。常用的氢燃料电池类型为质子交换膜燃料电池，其最关键的部件为阴极和阳极的气体扩散层（GDL），GDL的主要作用是分散气体（氢气或空气）、排水、导电和导热等。质子交换膜燃料电池工作时，由于氢气与空气中的氧气发生化学反应，产生电能的同时会生成水，因而产生的电能越多则相应生成的水也越多。对此，为了保持气体扩散通道顺畅，不影响氢燃料电池的性能，必须将反应生成的水快速排出。目前，对于氢燃料电池化学反应生成的水在GDL中传输的过程还没有完全掌握，因而需要研究这一过程。

日本丰田（TOYOTA）汽车公司在研究氢燃料电池化学反应生成的水在GDL中传输的过程时开发了一种可视化技术，并称之为同步辐射X射线成像技术。该技术能够穿透氢燃料电池的电极材料（铂或碳），可观察电极内部GDL上水的流动过程。在分析时，使用同步辐射光源BL33XU SPring-8，获得GDL上水流动过程的二维图像（分辨率1μm），利用计算流体动力学（CFD）软件Fluent对获得的二维图像进行仿真分析。分析结果显示：氢燃料电池化学反应生成的水导致其发电性能下降70%；在阴极GDL上水的传输过程对氢燃料电池发电性能的影响最大。

Daisuke Hayashi et al.SAE 2017-01-1188.

编译：王祥