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研究生:陳彥同
研究生(外文):Yan-Tung Chen
論文名稱:質子交換膜燃料電池的陰極端在不同操作條件下之模擬分析
論文名稱(外文):Numerical Analysis on the Cathode in the PEMFC
指導教授:林育才
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:130
中文關鍵詞:質子交換膜燃料電池半電池模型數值模擬陰極端
外文關鍵詞:PEMFCHalf-Cell ModelNumerical simulationCathode
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本文半電池模型只考慮質子交換膜燃電池(PEMFC)的陰極端流道及陰極端擴散層,並針對蛇型流道及指叉型流道模擬分析。在改變陰極端操作溫度與入口速度下,觀察電池的性能並比較其影響。經由模擬發現因流道型式、操作溫度、入口流速的不同,在設定不同氧氣濃度消耗量情況下,所得電流密度會有所改變。但就整體趨勢而言,可以利用多項式迴歸及均方根值誤差法,找出針對質子交換膜燃電池之半經驗公式中的參數 及薄膜阻抗 值,求得半電池電流密度所相對應於全電池的電壓,以驗證半電池模型取代全電池的可行性。結果發現,除了在低流量、低電壓高電流時,半電池性能曲線與全電池性能曲線有偏離的現象外,其他情況半電池的模擬結果都能大致與全電池吻合。若無濃度質傳極限的現象,則可增加半電池取代全電池模擬性能曲線之可行性。
In this paper, a half-cell model, only considering the gas channel and the gas diffusion layer on the cathode, has been proposed and applied to two types of flow channel, the serpentine and the interdigitated channel. The corresponding cell performance has also been obtained under several operating conditions. It is found that the current density is affected by different parameters, such as the flow type, the operating temperature, the inlet velocity, and the oxygen consumption. In order to compare with the performance of the whole-cell model, the Polynomial Regression and the Root Mean Square Error have been used to determine the corresponding constants in the empirical formulation we used in the paper. It is shown that the half-cell model can be used to replace the whole cell model with appropriate empirical formulation and constants to save computational time. At lower mass flow rates and in higher current densities, there may be some discrepancy between these two models due to the concentration polarization effect. However, under other conditions, the half-cell model work quite well and can be used to replace the whole-cell model.
中文摘要 ------------------------------------------------------------------------------------ I
英文摘要 ----------------------------------------------------------------------------------- II
誌謝 ----------------------------------------------------------------------------------------III
目錄 ----------------------------------------------------------------------------------- IV
表目錄 ------------------------------------------------------------------------------- VI
圖目錄 ------------------------------------------------------------------------------- VII
符號說明 --------------------------------------------------------------------------------- IX
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 燃料電池發展背景 1
1.3 文獻回顧 3
1.4 研究目的 6
第二章 燃料電池簡介 7
2.1 燃料電池原理 7
2.2 燃料電池種類 7
2.3 燃料電池構造 8
2.3.1 膜電極組 8
2.3.2 氣體擴散層 8
2.3.3 墊片 9
2.3.4 雙極板與流場板 9
2.4 質子交換模燃料電池運作原理 9
2.5 極化與極化曲線 10
2.5.1 極化 10
2.5.2 極化曲線 11
第三章 全電池理論模式 13
3.1 數值理論 13
3.2 數學模式 14
3.2.1 多孔隙材質傳輸之統御方程式 14
3.2.2 電化學反應及質量與電流間之統御方程式 16
3.2.3 流道內傳輸之統御方程式 19
3.3 半電池基本假設 19
3.4 半電池模擬理論 19
3.4.1 半電池觸媒層內方程式 20
3.4.2 半電池擴散層邊界條件設定 21
3.5 數值方法 22
3.5.1 電池電位求解流程 22
3.5.2 多項式迴歸(Polynomial Regression) 24
3.5.3 均方根誤差(Root Mean Square Error) 25
3.5.4 計算流體力學 25
3.5.5 格點設定 26
3.5.6 收斂條件 26
第四章 結果與討論 28
4.1 蛇型流道-全電池與半電池性能曲線比對結果 28
4.2 指叉型流道-全電池與半電池性能曲線比對結果 30
4.3 全電池-蛇型流道與指叉型流道在固定流量下比對結果 31
4.4 全電池-蛇型流道與指叉型流道在固定溫度下比對結果 31
第五章 結論 33
參考文獻 34
附錄A 77
附錄B 104
黃鎮江,燃料電池,初版,全華科技股份有限公司,台北,民國九十二年。
2. T. E. Springer, M. S. Wilson and S. Gottesfeld, “Modeling and Experimental Diagnostics in Polymer Electrolyte Fuel Cells,” Journal of The Electrochemical Society, vol. 140, No. 12, pp. 3513-3526, 1993.
3. V. Gurau, H. Liu and S. Kakac, “Two-Dimensional Model for Proton Exchange Membrane Fuel Cells,” AIChE Journal, vol. 44, No. 11, pp. 2410-2422, 1998.
4. A. Kazim, H. T. Liu and P. Forges, “Modeling of Performance of PEM Fuel Cells with Conventional and Interdigitated Flow Fields,” Journal of Applied Electrochemistry, vol. 29, pp. 1409-1416, 1999.
5. V. Gurau, F. Barbir and H. Lin, “An Analytical Solution of a Half-Cell Model for PEM Fuel Cells,” Journal of The Electrochemical Society, vol. 147, pp. 2468-2477, 2000.
6. S. Shimpalee, W. K. Lee, J. W. Van Zee and H. Naseri-Neshat, “Advance in Computational Fluid Dynamics Modeling for PEM Fuel Cells,” Proc. of ASME IECEC-2001-10, Savannah, GA.
7. T. Berning, D. M. Lu and N. Djilali, “Three-Dimensional Computational Analysis of Transport Phenomena in a PEM Fuel Cell,” Journal of Power Sources, 106, pp. 284-294, 2002.
8. T. C. Jen, T. Z. Yan, S.H. Chan, “3-D Numerical Simulation for Fuel Cell Performance,” 36th National Heat Transfer Conference, pp. 17-22, 2002.
9. H. Sen. Chu, C. Yeg, F. Chen, “Effects of Porosity of Gas Diffuser on Performance of Proton Exchange Membrane Fuel Cell,” Journal of Power Sources, 123, pp. 1-9, 2002.
10. A. Kazim, P. Forges and H. T. Liu, “Effects of Cathode Operating Conditions on
Performance of a PEM Fuel Cell with Interdigitated Flow Fields,” International Journal of Energy Research, 27, pp. 401-414, 2003.
11. P. T. Nguyen, T. Berning, N. Djilali, “Computational Model of a PEM Fuel Cell
with Serpentine Gas Flow Channels,” Journal of Power Sources, vol. 130, pp. 149-157, 2004.
12. J. Kim, S. M. Lee, S. Srinivasan, and C. E. Chamberlain, “Modeling of Proton
Exchange Membrane Fuel Cell Performance with an Empirical Equation,” Journal of Electrochemical Society, vol. 142, pp. 2670-2674, 1995.
13. C. R. Tsai, F. Chen, A. C. Ruo, M. H. Chang, H. S. Chu, C. Y. Soong, W. M. Yan,
C.H. Cheng, “An analytical Solution for Transport of Oxygen in Cathode Gas Diffusion Layer of PEMFC,” Journal of Power Sources, vol. xxx, pp. xxx-xxx, 2006.
14. J. Larminie, A. Dicks, ”Fuel Cell System Explained,” Second ed. (John Wiley &
Sons, Chichester, England, 2003).
15. F. Barbir, “PEM Fuel Cells Theory and Practice,” (Elsevier Inc, 2005).
16. 吳襄帥,燃料電池之半電池模擬分析,元智大學機械工程研究所碩士論文,
民國九十四年七月。
17. 林昇佃等合著,燃料電池:新世紀能源,初版,滄海書局,台中,民國九十二
年。
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