新型被动冷却方案：用于质子交换膜燃料电池堆的均热板

来源 | Renewable Energy

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背景介绍

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种将氢能转化为电能的直接能源装置，具有能源效率高、启动快、无污染排放等优点，因而被广泛应用于分布式发电、便携式供电、交通运输等领域。然而，PEMFC在输出电能的同时释放大量废热，影响其工作温度。过高的温度会导致膜电极组件降解并造成不可逆的损坏，而过低的温度则不利于反应动力学，影响PEMFC的性能和耐久性。

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成果掠影

近期，华南理工大学机械与汽车工程学院简弃非教授团队提出了一种新颖的被动冷却方案，将均热板集成到质子交换膜燃料电池堆中进行热管理。研究团队设计并制作了1.32 mm厚的均热板，并通过使用加热垫在不同功率下进行测试来验证其传热性能。在确认均热板能够满足散热要求后，在快速启动和稳态运行期间对与均热板耦合的电池堆的输出特性进行实验评估。结果表明均热板在热通量密度仅为 0.052 W/cm²的情况下有效运行在蒸发部分，同时在 48 W 下保持最大面内温差 2.6 °C。在电池堆从 0 A 到 40 A 的快速启动加载过程中，均热板表现出快速的热响应和出色的温度均匀性，防止由于工作温度不当而导致堆栈性能下降。与一般的风冷电池堆相比，与均热板结合的电池堆的电压显着提高了 21.7%。这些结果系统地证明了均热板用于风冷质子交换膜燃料电池堆热管理的可行性。相关研究成果以“Experimental study of a passive thermal management system using vapor chamber for proton exchange membrane fuel cell stack”为题发表于《Renewable Energy》。

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图文导读

图1 (a)PEMFC传热原理图，(b)蒸汽室工作原理图。

图2 (a)蒸汽室形成示意图；(b)散热流场单元；(c)流场；(d) VC-PEMFC烟囱组装；（(e）VC-PEMFC物理图。

图3 (a)单层VC测试原理图；(b) VC PEMFC堆栈测试系统图；(c) 不同倾斜度示意图。

图4 不同加热条件下蒸汽室的温度分布曲线。

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