Numerical investigation of novel bio-inspired flow field design scheme for PEM fuel cell

质子交换膜燃料电池 压力降 机械 入口 计算机模拟 计算流体力学 材料科学 核工程 流量(数学) 机械工程 燃料电池 工程类 化学工程 物理
作者
Jinhua Dong,Liu Shun-fang,Shihua Liu
出处
期刊:Journal of Renewable and Sustainable Energy [American Institute of Physics]
卷期号:12 (4) 被引量:25
标识
DOI:10.1063/1.5137761
摘要

The uniformity of reaction gas distribution and water drainage performance may be influenced by the flow field structure and the total distance between the inlet and outlet of a proton exchange membrane (PEM) fuel cell. Therefore, the design of flow field plates may dominate the performance of fuel cells to some extent. A new kind of flow field plate structure is presented here based upon the principle of bio-inspiration and Murray's law in view of a PEM fuel cell as the object; moreover, numerical simulation is carried out to determine performance. In addition, contour plot comparisons between the bio-inspired and parallel flow fields of the PEM fuel cell indicate that the molar concentration distributions (O2, H2, and H2O) are more even for the bio-inspired design. Pressure and temperature distributions are also compared. The novel flow field plate structure not only improves the uniformity of reaction gas distribution but also reduces the pressure drop through the flow channels, and the maximum output power of the fuel cell with the novel structure rises by 114% under the same conditions and geometric scale compared to the fuel cell with the parallel flow field.
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