文献[1]确定了在55℃下的最佳工艺参数为:甲醇浓度1.5 mol/L,甲醇流量为1.5mL /min,氧气压力在0.3MPa,氧气流量在800 mL/min。 文献[2,3]研究的最佳工艺参数为:电池温度80℃,甲醇浓度1mol/L,甲醇流量为40mL /min,氧气压力在0.1 MPa,氧气流量在1000 mL/min。
甲醇浓度对电池性能的影响:通入的甲醇浓度提升了甲醇在电池内传质的动力,减小甲醇浓差极化,但高浓度甲醇会导致甲醇因扩散而更多地传递到阴极,降低电池性能。 甲醇流量对电池性能的影响:大流量甲醇溶液的电池电压大于小流量甲醇溶液的电池电压,性能得到提升。但甲醇流量过大,甲醇渗透现象突出,性能下降。
阴极氧气流量对电池性能的影响:提高氧气流量能增强氧气向催化剂层的传递,加速流道内水的排出[4],避免浓差极化,但过大会吹干阴极,反应阻力增大。 电池温度的影响:电池的性能随工作温度升高而提升,原因是提高电池温度能增强催化剂的
催化活性[5],强化反应物在电池内部的传递[6],提高质子交换膜的传导率等[7],但随着温度升高Nation膜甲醇的渗透速率也增加[8],甲醇透过后在阴极毒化辣椒清洗机Pt催化剂,降低了催化剂的活性。
阴极氧气压力对电池性能的影响:压力越大阴极传质阻力越小,同时减小了甲醇窜流到阴极的机率。当压力升至一定值以后,性能提升很少,催化剂基本饱和,此时阳极的传质极化限制了电池性能的提高。
文献[9]确定质子交换膜燃料电池的最佳运行温度为80℃,H2压力检查井盖0. 3 MPa,O2为0. 3 MPa。
文献[10]确定的电池运行参数为:温度72℃、H2和O2压力都为0.2 MPa。
其中文献[11]还提到在高压燃料电池中氢气侧压力应略高于空气侧的要求,在实际应用中可以固定该压差值为10~20kPa。
温度的影响:一般情况下提高温度有利于改善电池的性能。这是因为提高温度可以使Pt的催化活性提高,电化学反应将加快,同时使质子交换膜内水的扩散系数增加,阴极氧气活化反应生成水向阳极扩散速度加快,从而使质子交换膜内水分布均匀,电极淹没问题不会出现,同时质子传递速度也加快,膜电阻将减小。氢气和氧气的扩散系数加大,改善气体传质。然而在低电流密度下不宜采用高温运行[12],这是因为在高温运行时,水的蒸发速率较快,同时由于低电流密度下生成的水量较少,从而导致膜没有达到完全润湿,致使电池活化面积减少,所以性能较差。
气体压力的影响:提高氢气和氧气的压力有利于增大电池可逆电势,提高交换电流密度,降低活化过电位,加快气体的传质速度,有利于电极反应进行。所以随运行压力的提高,燃料电池性能提高。
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