Performance enhancement of air-cooled PEMFC stack by employing tapered oblique fin channels: Experimental study of a full stack and numerical analysis of a typical single cell

材料科学 质子交换膜燃料电池 阴极 堆栈(抽象数据类型) 机械 传热 对流 电气工程 燃料电池 工程类 物理 计算机科学 化学工程 程序设计语言
作者
Kaiqi Zhu,Quan Ding,Ben-Xi Zhang,Jianghai Xu,Dandan Li,Yan‐Ru Yang,Duu‐Jong Lee,Zhongmin Wan,Xiaodong Wang
出处
期刊:Applied Energy [Elsevier]
卷期号:358: 122595-122595 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.apenergy.2023.122595
摘要

In this study, a novel cathode flow field plate with additional tapered oblique fin (OF) channels is proposed for air-cooled proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) to promote their heat dissipation and output power. Air-cooled PEMFC stacks with conventional (parallel configuration) and novel flow fields are respectively manufactured and experimentally tested under various load currents. The performance and temperature distributions of the stacks are comparatively studied in detail. Besides, a three-dimensional and two-phase numerical model is established and validated by the experiment data to further comparative investigate the heat and mass transport mechanism of the two studied flow field designs. The results show that the stack with the novel flow field has higher output power, which is 4.87% higher than that with a conventional design at a load current density of 0.55 A cm−2. Due to the forced convection and secondary vortex phenomena in the OF channels, the local overheating in the porous electrode is relieved. Moreover, the entropy generations due to heat transfer of the cathode CL and cooling channels are significantly increased. The oxygen transport under cathode ribs is also noteworthily enhanced when the OF channels are adopted.
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