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中仿科技公司 CnTech Co.,Ltd 制造最优化的燃料电池--用最专业的工具 COMSOL Multiphysics 作者：COMSOL Inc. 自动化和其他车载应用功能都对燃料电池-它们能量的来源提出各自特殊的要求。在设计 电池的时候，许多因素都要被考虑进来：电池潜能，正负极气压，相关的湿度 （指的是燃料 和氧化剂内的水有多少），甚至是关键部位和关键部位里面隔膜和气槽的尺寸。 不仅是一个最佳的设计 COMSOL Multiphysics 软件已成为 Galip Guvelioglu 在里海大学 （宾夕法尼亚州，伯利 恒市）做博士研究的重要工具。在 Harvey Stenger 教授的指导下，他主攻质子交换膜燃料电 池 （PEMFC）的优化设计研究。据他解释道，提供最佳性能的设计和操作条件主要取决于应用 的领域。固定的、便携式的和运输应用都有各自不同的要求、不同的操作环境，可用的燃料 和氧化剂条件也各不相同。一个 PEMFC 电池在固定的应用条件下，可以使用完全潮湿的燃料 并受益于压力机制造的空压，因为这可提高电池的输出能量。相反的，一个燃料电池在便携 式的应用条件下，如笔记本电脑或手机可在大气的环境下使用。因此，燃料的含水量和便携 式电池的空气湿度受到约束。 其他要求也随应用环境而变化。移动设备对燃料电池在运输环境的启动时间和快速反应 要求并不及固定环境中电池一样高。燃料电池的重量对于移动设备来说更重要，这也限制了 制造电池的材料选择。这一切对于 Guvelioglu 意味着COMSOL Multiphysics 软件让各种空间 立体结构、材料和操作环境的组合都快速并简单的显示出来，最后决定出最佳的应用设计。 内部一瞥 让我们更加具体地来看看这些要求对设计的影响，首先请看图 1 中PEM 燃料电池的内部 操作。PEM 电池是由它使用的电解液种类而得名，它是一种聚合物质子交换膜，最佳的质子导 体。质子交换膜被夹在两层铂金阳极催化层中间。这两层催化剂由多孔渗水的分气电极支撑， 一般由碳衣制造。这整个电极组被称为膜电极组 （MEA），通常它的厚度是 0.5-0.8 mm。最后， MEA 在两板中间，这两层板的腐蚀槽不仅作为电池输入和排出产物的运输道，还作为电流的储 存层。 全国统一客户服务热线：400 888 5100 网址: www.CnT 邮箱:info@ - 1 - 中仿科技公司 CnTech Co.,Ltd 图 1－质子交换膜 （PEM）燃料电池的两个关键因素是催化剂层和质子交换膜， 前者将氢分为质子和电子，后者允许质子由正极向负极转化，同氧气和电子结合生成水。 在操作过程中，燃料电池持续给阳极 （负电）输入气态的氢，并输入氧化剂如空气中的 氧气给阴极 （正电）。电极处的电气化学反应产生电流 （见图 1）。 燃料电池，虽然和一般电池相比有相似的部分和性能，但在一些方面还是有区别。电池 是能量储存设备，它最大的可用能量是由电池内部储存的化学物反应来决定的。而燃料电池， 从另一方面来说，是能量转换设备，理论上说只要对电极提供燃料和氧化剂就可以产生电能。 燃料电池反应产生的废物是水和热量。因为燃料电池直接将化学能量转换位电能，产生 最大的理论上功率是不受卡诺循环约束的。PEMFCs 一般可达到的燃料功率比普通电池高 50%， 并且有几大理由被应用于汽车领域。首先是由于他的高能量密度-今天他们能够很容易达到 1 A/cm2。一个单独的燃料电池能产生高输出能量 0.6 V，所以可以得到可用的压差，和普通电 池一样，工程