燃料电池系统

美国能源部2018-2025年80kw燃料电池架构

一、系统组成

阳极供氢系统、阴极供气系统、电堆液冷系统、加气加湿系统、电堆反应系统；

BOP部件的组成：罐、不同阀、不同泵、节气门、滤清器、加湿器、水箱、热交换器、离子过滤器、控制系统、逆变系统、传感器等；

氢气特性：压力、温度、摩尔分量、速度、摩尔流量；

各层材料特性：温度、电子或离子传导率、热传导率、空隙比、密度、厚度；

冷却水特性：压力、温度、液态水摩尔分量、气态水摩尔分量、速度、摩尔流量；

氧气特性：压力、温度、摩尔分量、速度、摩尔流量；

二、理论分析

1 热力学理论：

作用：

计算温度、压力、体积和摩尔质量等；

进而得到阴阳极电位、能量转化率、热损失等；

难点：

热力学系统属于高度动态非线性系统；

受介质初始温度、压力、流量、湿度、介质属性的影响；

熵、焓、比热容、吉布斯自由能；

压力、温度变化的相互影响；

基础热力学理论支撑；

2 电化学理论

作用：

计算电流产生速率；反应物生成过程；产生电流的反应速度；能量损耗；

难点：

活化极化电压、电子与离子传输中的欧姆极化电压；组分质量传输过程中浓差极化电压；

3 热及质子传输理论

温度分布不均影响因素（水的相变、冷却液温度、空气对流、内部水流动、催化层热传导）；能量守恒原理（电能与热损失的关系、对流换热、传导换热、热辐射）；总体能量守恒；电堆能量守恒；质量与组分守恒（主要针对质子和水、能斯特-爱因斯坦方程）；气相与液相的平衡；

三、化学物质热物理属性

化学物质的组成：

不同燃料选择；不同源物质选择、氢气、甲-戊烷、其他化学物质等；理想、真实状态变化；

不同化学物质在不同状态下的基本参数：

摩尔质量、液体密度、热容量、临界温度、临界压力、化学元素组分、气体、液体粘度、导热性等。