Numerical study of PEMFC heat and mass transfer characteristics based on roughness interface thermal resistance model

传质 材料科学 质子交换膜燃料电池 接口(物质) 热阻 传热 表面光洁度 热的 机械 热力学 复合材料 燃料电池 化学工程 物理 工程类 毛细管作用 毛细管数
作者
Kang Shang,Chaoling Han,Tao Jiang,Zhenqian Chen
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:48 (20): 7460-7475 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.11.201
摘要

The thermal contact resistance (TCR) is the main component of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) thermal resistance due to the existence of surface roughness between the components of PEMFC, and the influence of TCR is often ignored in traditional three dimensional PEMFC simulations. In this paper, the heat and mass transfer characteristics including polarization curve, power density curve, temperature distribution, membrane water content distribution, membrane current density are studied under different component surface roughness conditions, and finally the effect of each TCR on the PEMFC performance is studied. It is found that under the same operating conditions, the TCR makes the radial heat transfer of the PEMFC decrease, and the temperature of the membrane electrode and the temperature difference of each component of the PEMFC is higher than that of the model without TCR. When the surface roughness of components in the PEMFC equals 1 μm, 2 μm, 3 μm, the cell current density decreases by 6.56%, 12.46% and 17.17% respectively when the output cell voltage equals 0.3 V, and the cell power density decreases by 3.64%, 7.54%, 13.14% respectively when the cell current density equals 1.2 A·cm−2. When the TCR between the CL and PEM equals 0.003 K·m2·W−1, 0.005 K·m2·W−1, 0.01 K·m2·W−1, the cell current density is increased by 2.30%, 3.65%, 6.74% respectively under the condition that the output cell voltage equals 0.3 V, and the cell power density is increased by 1.24%, 1.85%, 3.10% respectively when the cell current density equals 1.2 A·cm−2. The results show that the numerical simulation of PEMFC cannot ignore the effect of TCR.
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