PEM多孔碳板加湿器的质子交换膜燃料电池中水传输机制

人气 2802   2012-4-12 15:42

在质子交换膜燃料电池中,要保证质子的良好导电性,Nafion膜中必须含有适量的水,当Nafion膜中每个磺酸根结合的水分子少于4时,质子交换膜几乎无法导通质子[0]。PEMFC在运行时,水在膜中的传输主要有3种途径:

(1)由于膜两侧水的浓度差导致的水从阴极向阳极的浓差扩散PEMFC工作时在阴极生成水,加上由于质子传导作用从阳极侧带到阴极侧的水,这样膜

的阴极侧水含量就会高于阳极侧,于是膜两侧产生浓度差,在这个浓度差的影响下,水会从阴极扩散到阳极,扩散速率正比于水在质子交换膜内浓度梯度;

(2)质子从阳极迁移到阴极时产生的电渗力的拖动:在膜中,质子是通过水合氢离子形式来传导的,因此当质子从阳极迁移到阴极时,必然会带动一

部分水分子到阴极。当电流越大时,穿过膜的质子数就越多,每个质子携带的水分子也会越多,因此电渗过程中水的迁移量正比与电流密度以及每个质子的水合数;

(3)阴阳极压力差导致的水分子在膜内扩散即压力扩散:由于阴阳两极进气压力不同,反应消耗率也不同,导致阴阳两极存在压力差,在此压力差的

作用下,水分子会从压力高的一侧向压力低的一侧扩散。压力扩散的水量正比于压力梯度。

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