秦如意, 王谊, 安磊, 沈科炬, 陆晓红, 刘敏, 叶夏明, 杨扬, 何整杰, 彭佳鹰
深入理解质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolytic cell,PEMEC)热质传输、电化学过程及多场分布特征,可为面向提升性能与耐久性的优化设计与运行管理提供理论支撑。建立三维PEMEC模型,耦合了热、质两相流传输及电化学过程,对其中多场分布特征进行模拟研究,随后对运行条件的影响进行评估。结论认为,流道的下游及肋板处气体饱和度较高而液相饱和度较低;膜电极阴极侧催化层温度最高,电压为2 V时膜电极内外温差达7 K;即使在未考虑接触电阻、膜润湿良好情况下,欧姆损失仍然较大,特别是在高电压工作时。工作电压为2 V时,活化损失占比56%,欧姆损失约占30.3%,传质损失增加至13.7%。适当提高运行温度可降低活化损失及欧姆损失;提高阳极液态水流速可降低传质损失,在所考虑的工况范围内,流道液态水速度为2.5 m/s、温度为80 ℃时电解池达到最佳工作状态。所研究的结论可以为PEMEC的设计与运行管理提供参考。