質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)電流趨膚效應研究

燃料電池被公認為21世紀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，可是當電流控制系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定或電路負載出現(xiàn)突變時，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，當高頻交流電通過電池內(nèi)部時，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。這種現(xiàn)象達到一定程度時將會損壞電池的關鍵材料，導致的電池性能衰減。.迄今為止，仍無燃料電池電流趨膚效應相關研究報道。本項目首次研究燃料電池內(nèi)電流趨膚效應，從燃料電池關鍵材料出發(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與材料結(jié)構分析儀器，研究趨膚效應與電池性能之間的關系，揭示其導致電池性能衰減、壽命變短的機理，為電池的設計和運行提供指導。

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鍵部件

第3章　質(zhì)子交換膜燃料電池的理論計算

第4章　質(zhì)子交換膜燃料電池水管理實驗

第5章　質(zhì)子交換膜燃料電池水管理數(shù)學模型

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　符號說明

上海電機廠于1958年制造的一萬二千瓦雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機，是我國和世界上第一臺定子、轉(zhuǎn)子雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機。 汽輪發(fā)電機是火力發(fā)電站的主機之一，它由兩個主要部分構成：靜止不動的部分，稱為定子（或稱靜子）；隨同汽輪機高速旋轉(zhuǎn)的，稱為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子和定子里面都嵌有導線外面包著絕緣層的線圈。發(fā)電機發(fā)電時，由于強大的電流通過導線，導線就會發(fā)熱，包扎在導線外面的絕緣層的溫度就會升高。為了提高發(fā)電機的發(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，即把線圈導線做成凹凸形或空心的讓風直接吹到銅線上，對線圈進行直接冷卻。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。當時的水內(nèi)冷只是用在定子上。對于轉(zhuǎn)子水內(nèi)冷，在國際文獻上雖然有過討論，但由于某些重大技術問題難以解決，在1958年以前，世界上還沒有哪一個國家實際采用過這種冷卻方法。

上海電機廠在浙江大學科學技術人員的協(xié)助下，首先攻占了這個技術堡壘。這個重大創(chuàng)造，把我國汽輪發(fā)電機的制造技術大大推進了一步，迎頭趕上和超過了世界先進水平。