質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)電流趨膚效應(yīng)研究

燃料電池被公認(rèn)為21世紀(jì)最有前途的清潔能源,但是其壽命制約著它的商業(yè)化發(fā)展。燃料電池是一種直流發(fā)電裝置，一般情況下，其內(nèi)部的電流是均勻分布的，可是當(dāng)電流控制系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定或電路負(fù)載出現(xiàn)突變時(shí)，電路中的電流將出現(xiàn)高頻脈沖。根據(jù)傅立葉變換，這種脈沖電流中存在著高頻交流分量。按麥克斯韋電磁理論，當(dāng)高頻交流電通過電池內(nèi)部時(shí)，燃料電池外圍的電流密度將大于中心電流密度，產(chǎn)生趨膚效應(yīng)。這種現(xiàn)象達(dá)到一定程度時(shí)將會(huì)損壞電池的關(guān)鍵材料，導(dǎo)致的電池性能衰減。.迄今為止，仍無燃料電池電流趨膚效應(yīng)相關(guān)研究報(bào)道。本項(xiàng)目首次研究燃料電池內(nèi)電流趨膚效應(yīng)，從燃料電池關(guān)鍵材料出發(fā)，研究不銹鋼集流板、石墨集流板、碳紙和質(zhì)子交換膜等材料在高頻正弦電流與脈沖電流下的電流分布規(guī)律，并利用燃料電池測試平臺(tái)與材料結(jié)構(gòu)分析儀器，研究趨膚效應(yīng)與電池性能之間的關(guān)系，揭示其導(dǎo)致電池性能衰減、壽命變短的機(jī)理，為電池的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供指導(dǎo)。

前言

第1章　緒論

第2章　質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理與關(guān)鍵部件

第3章　質(zhì)子交換膜燃料電池的理論計(jì)算

第4章　質(zhì)子交換膜燃料電池水管理實(shí)驗(yàn)

第5章　質(zhì)子交換膜燃料電池水管理數(shù)學(xué)模型

第6章　質(zhì)子交換膜燃料電池水管理的數(shù)值模擬結(jié)果

附錄　符號(hào)說明

上海電機(jī)廠于1958年制造的一萬二千瓦雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)，是我國和世界上第一臺(tái)定子、轉(zhuǎn)子雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)。 汽輪發(fā)電機(jī)是火力發(fā)電站的主機(jī)之一，它由兩個(gè)主要部分構(gòu)成：靜止不動(dòng)的部分，稱為定子（或稱靜子）；隨同汽輪機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的，稱為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子和定子里面都嵌有導(dǎo)線外面包著絕緣層的線圈。發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，由于強(qiáng)大的電流通過導(dǎo)線，導(dǎo)線就會(huì)發(fā)熱，包扎在導(dǎo)線外面的絕緣層的溫度就會(huì)升高。為了提高發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力，需用冷卻的方法為線圈散熱。

“內(nèi)冷”是冷卻的方法之一，即把線圈導(dǎo)線做成凹凸形或空心的讓風(fēng)直接吹到銅線上，對線圈進(jìn)行直接冷卻。用來冷卻的氣體，開始是空氣，后來改用氫氣。本世紀(jì)50年代又出現(xiàn)了液體內(nèi)冷，其中以水的冷卻能力為最高。國際上第一次出現(xiàn)水內(nèi)冷是在1956年。當(dāng)時(shí)的水內(nèi)冷只是用在定子上。對于轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷，在國際文獻(xiàn)上雖然有過討論，但由于某些重大技術(shù)問題難以解決，在1958年以前，世界上還沒有哪一個(gè)國家實(shí)際采用過這種冷卻方法。

上海電機(jī)廠在浙江大學(xué)科學(xué)技術(shù)人員的協(xié)助下，首先攻占了這個(gè)技術(shù)堡壘。這個(gè)重大創(chuàng)造，把我國汽輪發(fā)電機(jī)的制造技術(shù)大大推進(jìn)了一步，迎頭趕上和超過了世界先進(jìn)水平。