燃料电池多孔双极板性能研究及其优化开题报告

全文总字数：4557字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着环境问题和能源问题的日益突出，燃料电池作为一种新型能源在时代的潮流中脱颖而出，作为一种清洁能源，燃料电池具有发电效率高；环境污染小；燃料范围广，可靠性高；于建设等优点，目前典型的几种电池包括固体氧化物燃料电池SOFC；质子交换膜燃料电池PEMFC；直接甲醇燃料电池DMFC；磷酸燃料电池PAFC熔融碳酸盐燃料电池MCFC等，在各个领域中都有应用，发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，企业界也纷纷斥以巨资，从事燃料电池技术的研究与开发，已取得了许多重要成果，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。值得注意的是这种重要的新型发电方式可以大大降低空气污染及解决电力供应、电网调峰问题，2MW、4.5MW、11MW成套燃料电池发电设备已进入商业化生产，各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成。燃料电池的发展创新将如百年前内燃机技术突破取代人力造成工业革命，也像电脑的发明普及取代人力的运算绘图及文书处理的电脑革命，又如网络通讯的发展改变了人们生活习惯的信息革命。燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将引爆21世纪新能源与环保的绿色革命。如今，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为21世纪继火电、水电、核电后的第四代发电方式。燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引起我们的足够重视，它已是能源、电力行业不得不正视的课题。

燃料电池目前最典型的应用领域就是汽车行业，目前新能源汽车已经成为了世界各大汽车厂商及研发机构的研究热点，而在其中，燃料电池汽车（fuel-cell vehicle，FCV) 以其高效率和近零排放被普遍认为具有广阔的发展前景。在此背景下，提高燃料电池的效率成为一项新的研究项目，多孔电极随之而出，多孔电极(porous electrode)属于三维电极，其电极反应发生在电极内部空间微孔的表面上，能在相对低的电极极化下，达到较高的表观电流密度。多孔电极通常都很薄，以减少电极极化引起的功率损失。多孔电极由本身具有催化反应活性、或添加活性物质的导电子多孔基体(matrix)构成，伴随着电荷转移 (charge transfer)的电极反应发生在固体多孔基体的活性内表面上，液体或固体电解质则渗入或填充到多孔基体的孔隙空间，并与基体的活性表面接触。鉴于多孔电极微观结构的复杂性，研究多孔电极的性能并进行优化对有效的利用能源具有重要的意义。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容

燃料电池双极板起着隔绝和分配反应气体、排出产生的水分以及传导电子等作用。为改善燃料电池内部水管理问题，本毕业设计利用三维造型软件设计燃料电池多孔双极板，并通过仿真软件对其性能进行模拟计算研究。主要开展以下工作：

1．查阅关于fluent软件在燃料电池建模与仿真中的应用、燃料电池流场仿真计算研究方面的文献资料，了解国内外相关研究现状；

2. 采用三维造型软件对车用燃料电池多孔双极板进行设计

3. 研究计划与安排

周 次（时间）	工作内容
毕业设计预备周（2019.12.26-2020.1.10）	确定指导教师人选，对未选好导师的学生进行调剂分配。确定选题志愿、校内搜集资料、消化资料。
第1周（2020.2.24-2.29）	学生提交文献检索摘要。
第2～3周 毕业实习周 （3.1~ 3.14）	赴校外实习、搜集设计资料，并提交实习日记、实习报告。
第4～5周	撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理设计概要。
第6周（3.30～4.5）	进行外文翻译，并提交外文翻译译文。
第 7周（4.6~ 4.12）	设计类，下达绘图任务，开始绘图。 研究类，制定试验方案或下达编程任务，开始试验及编程。
第8周（4.13~ 4.19）	继续完成绘图、试验或编程任务； 撰写毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）。
第9 ~ 11周（4.20~ 5.10）	完成绘图、试验或编程； 完善毕业设计说明书、毕业论文；
第12周（5.11~ 5.17）	网上提交毕业设计说明书、毕业论文、绘图等附件材料；提交答 辩申请
第13~14周（5.18~ 5.31）	教师审阅毕业设计说明书（设计类）或论文（研究类）和（图纸），审 审查确定学生答辩资格并予以公示。
第15周（6.1～6.7）	根据评阅意见修改毕业设计说明书、毕业论文，并网上提交；准 备答辩PPT。
第16周（6.8~ 6.11）	毕业设计答辩。
备注：	此表是拟定时间。如有变化，以实际为准。

4. 参考文献（12篇以上）

参考文献

[1]姚国军, 沈翔. pem燃料电池迷宫流场双极板的电化学性能研究[j]. 电源学报, 2019, 17(3):156-161.

[2]隋升, 顾军, 李光强, et al. 燃料电池电极用多孔碳板[j]. 东北大学学报, 2000(02):95-97.

[3] m. karthikeyan, p. karthikeyan,m. muthukumar. adoption of novel porous inserts in the flow channel of pem fuelcell for the mitigation of cathodic flooding. int j hydrogen energy 2019