《質子交換膜燃料電池抗CO非對稱結構模型與計算方法研究》是依託同濟大學，由王琤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：質子交換膜燃料電池抗CO非對稱結構模型與計算方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王琤
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
質子交換膜燃料電池（PEMFC）使用的氫燃料主要來源於傳統燃料的重整和電解水，而重整氣中的一氧化碳（CO）等雜質可導致催化劑中毒，降低電池性能。本課題擬採用數值實驗的方法研究一類具有非對稱結構的PEMFC的抗CO特性，主要包含以下三方面的內容：(1)建立抗CO電催化劑的數學模型，分析多元合金催化劑在不同工況和結構參數下的穩定性能和催化活性。(2)將上述模型結果套用於PEMFC的模型，即在陽極新增特殊功能層篩分和吸收CO以緩解CO的毒化作用。從而構建一類具有非對稱結構的PEMFC數學模型，並分析該結構的抗CO能力和對電池性能的影響。(3)上述模型具有的非對稱結構在數值離散時將產生非匹配格線問題，本課題擬採用Mortar元和間斷有限元等方法處理，並設計高效的計算方法用以求解模型中的強耦合非線性微分方程組。
結題摘要
質子交換膜燃料電池是一類重要的清潔新能源，在新能源汽車等領域有著廣闊的套用前景。目前，限制質子交換膜燃料電池商業化套用的主要原因是其較短的使用壽命和高昂的成本。在燃料電池使用的燃料（氫氣）中常含有CO等雜質，而這些雜質會毒化陽極的催化劑鉑，降低電池性能。本項目採用數值仿真的方法對質子交換膜燃料電池進行研究。與工程實驗不同，數值仿真具有低成本，可重複性等優點，並能獲得某些實驗無法測量的數據和信息。本項目主要成果包括：（1）在質子交換膜燃料電池模型及其快速算法方面，依據合理假設，提出了一類各種相態水在內交面上的邊界條件，保證其通量的守恆性，並將質子交換膜燃料電池多區域兩相流模型推廣至三維。對於該數學模型，基於有限元-迎風有限體離散格式、兩重格線算法和區域分裂算法等，設計了一套快速有效的數值求解算法，並開發了相應的Fortran語言計算程式。（2）對於燃料電池數值仿真中使用的有限元-迎風有限體積離散格式、兩重格線算法和自適應算法等進行了誤差估計和收斂性分析，獲得了一些理論分析結果。（3）在質子交換膜燃料電池的多尺度模型和最佳化控制模型方面也完成一些預研工作。
