Electrical and thermal performance analysis of PEMFC with coolant flow field under steady-state condition

冷却液 质子交换膜燃料电池 压力降 机械 核工程 传热 材料科学 电压降 体积流量 热力学 机械工程 电气工程 电压 工程类 物理 燃料电池 化学工程
作者
Zhuo Zhang,Sai-Jie Cai,Zheng-dao Li,Wen‐Quan Tao
出处
期刊:Energy [Elsevier]
卷期号:306: 132288-132288 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.energy.2024.132288
摘要

A lot of heat is produced during PEMFC's working process. The heat and electricity are highly coupled and need to be analyzed and designed simultaneously. Based on the three-dimensional multi-field couple model considering the coolant channel, this study compared the impact of different thermal boundary setting methods and analyzed coolant key parameters including inlet velocity, temperature, and channel layouts on PEMFC electrical and thermal performance. It was found that adopting a constant temperature boundary in simulation can overestimate electrical performance by 21.8%, while the error of the convective heat transfer boundary is only 1.8%. The voltage loss analysis reveals that the ohmic loss of the proton exchange membrane determined by temperature plays a dominant role, especially after the average temperature of PEM reaches 90 °C. Through this study, the conclusions can be drawn that the PEMFC with widely used Case A coolant could realize a pressure drop reduction of 2.5% and performance improvement of over 4.5%. And the flow rate of coolant should be enough to carry the heat inside PEMFC, or the cell's electrical performance degrade rapidly. When the flow rate is set, a reasonable inlet temperature can realize the optimal electrical and thermal performance of PEMFC.

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