外文翻译 - 聚合物电解质燃料电池在零度以下根据工作电流密度控制快速启动策略.docx

1、机电工程学院毕业论文外文资料翻译论文题目:GD6126客车设计传动轴及悬架设计译文题目:聚合物电解质燃料电池在零度以下，根据工作电流密度控制快速启动策略学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 正文：外文资料译文 附件：外文资料原文 指导教师评语：译文忠于原文，能正确表达原文意思；语句流畅，符合中文的表达习惯，图表翻译正确；字数符合要求，格式规范；译文总体良好。 签名：单红卫 2016年04月05日附件1：外文资料译文（文献出处：Science Direct）聚合物电解质燃料电池在零度以下，根据工作电流密度控制快速启动策略Geonhui Gwak, Hyunchul Ju机械工程系，仁荷大

2、学，银河路100号，仁川751402 ，韩国关键词：聚合物电解质燃料电池电流密度不饱和阶段冷启动零度以下的温度摘要:在以前的研究中，我们的描述三个不同阶段的数字描述，一种聚合物电解质燃料电池（PEFC）在冷启动时，即冻结，不饱和，和熔化阶段。根据我们的数值观测，我们提出了一个有效的实现快速电池温度上升，同时快速的启动策略电池内冰积累速率。这一冷启动策略的关键是提高工作电流的PEFC在饱和阶段，加速电池内部温度上升。使用一个三维的，短暂的冷起动模型，数值结果表明提高电池的电流在饱和阶段是非常有效的，显着提高了PEFC的冷启动速度。相比之下，增加的电池在冷冻阶段的电流有一个负的影响，PEFC冷启动

3、，氧还原反应使产水率增加，导致更快速的冰增长。这最终导致冷启动失败和多孔电极结构的劣化。这项研究清楚地说明了优化冷启动操作是提高冷起动性能的关键，同时指出了PEFC冷启动模拟角色的重要性，用于探索一个最佳的冷启动策略。1.简介燃料电池汽车能否商业化的一个先决条件是：在极冷的天气聚合物电解质燃料电池快速稳定启动。在零度以下环境，氧还原反应产生的水（ORR）的PEFC的阴极侧会冻结成冰。这种冷冻抑制电极中氧的传递，减少了对ORR活性，和损害的电极结构，从而导致电池性能和耐久性的降低。传统成功的冷启动的方法是简单的清洗燃料电池内的剩余水。这清除有助于避免对电池破坏的可能性，组件由于在冷却阶段的冰融化

4、同时延缓冰/霜成核期一个PEFC冷启动。根据部门制定的冷启动目标，PEFCs应该能够达到50%的操作力在30秒内。为了加速电池从零度以下的温度，而温度上升同时抑制冰的形成和生长，大量致力于发展有效冷启动方法和冷启动策略提出的。其中，使用的的核心是要避免外部源，因为做这样才可以避免燃料电池的尺寸和成本。因此，冷启动研究的一大重点是在不增加系统容量或成本前提下在零度以下的环境中PEFCs自启动。冷或者热自加热方法启动或原位化学反应热放热这些被刊文献12-16。 12提出有效的电流斜坡启动方法实现电池从零度以下的温度快速升温。他们发现使用一个较低的升温速率是有效的，初始电流密度较低，而电流上升率应增

5、加在较高的初始电流操作密度。13允许氢催化反应发生在阳极催化剂层（氯），有效地加热零下温度的电池。保证安全加热，他们建议使用稀氢小于20%的氢馏分的流。14的氢影响的数值研究，在一个冷起动性能的催化反应。他们的模型预测自启动成功的初始温度20度的化学反应。15建议使用氧化钒薄膜金属双极板增强冷起动性能PEFCs。他们证明了氧化钒薄膜有效地产生额外的欧姆焦耳热在低电流密度和温度下降。16研究了局部电流密度分布的演化在冷启动时使用印刷电路板技术。他们表明，较低的电池电压操作缩短冷启动时，电池开始在零下10摄氏度或较高的启动温度，但较低的启动温度，会导致启动失败。除了有效的热管理PEFC冷启动，已努

6、力改善燃料的水吸收潜力和蓄能力电池电极。17 加入纳米二氧化硅阴极发光，并表现出改善的冷启动性能，他们认为，在8摄氏度的亲水性SiO2增强阴极催化层的吸水能力。18数字显示，使用更高离子在阴极发光增强分数的能力吸收水分，成功延缓冰形成期。19建议使用双重功能的微孔层（MPL），由一具有非常低的铂载量的粘合剂，而不是典型的聚四氟乙烯（PTFE）。冰蓄冷能电池利用这种双重功能的MPL大大提高，因为它可以作为阴极的一部分氯在零下的温度。MPL在80度在一个正常的评价功能。21提出了一个扩展的冷启动在很宽的范围内的瞬态模拟模型，从低温到正常操作温度，其中冰熔融和由此产生的膜水化和潜在的热吸收过程。仿真

7、结果表明冰演化的各个阶段，即冻结，不饱和，和熔化。作为受影响的细胞温度继续上升，在冷启动时释放的废物热，电池进入饱和阶段。在此阶段，更多水由于蒸汽饱和压力被储存在蒸汽相。此外，水的吸收潜力和膜的水扩散率也大大提高，这个阶段，这是一个更强大的水回流的结果。因此，水的损失率在阴极发光由这两者的机制超过水生产率ORR和因此量，电池内的冰保持不变，没有任何进一步的产生水的冷冻。这一观察结果表明：在这个过程中，电流密度可以进一步增加阶段，这反过来又增加了废物的热量释放，从而加快电池温度上升。本研究的目的是计算的数值影响增加的电流在饱和阶段的一个PEFC冷起动性能。特别强调的是研究电流上升阶段和电池热质量

8、影响电池温度升高的速率，电解质吸收水的能力，和冰的形成/阴极催化剂层的演化特性（氯）。这项研究清楚地表明，所提出的战略是加速浪费热的释放。没有进一步的冰积累在电池内，因此，大大方便了PEFC快速启动零度以下环境。2.数值模型模拟一个PEFC在宽的温度范围内操作从低温（-20）到正常工作温度（80）、三维、非等温PEFC冷起动模型研究18-24是增强了包括冰融化和本构关系，对于PEFC暂态仿真0度以上.的PEFC冷起动模型详细的描述出现在我们以前的论文24。因此，我们只存在一个简短的在这里描述，强调的新功能在这项研究中发展。模型假设具体的假设模型如下：（1）不可压缩层流气体通道和多孔、 PEFC

9、、压力梯度和流量；（2）理想气体的混合物；（3）negligible引力效应；（4）和均匀各向同性多孔层和CLS，即有效孔隙度、渗透率、特征；（5）饱和水蒸气瞬时凝结；（6） 可以忽略不计的电化学双电层的充电和放电在CLS。控制方程：上述假设下，多相PEFC的模型是由质量，动量，能量，和物种，电荷守恒，如下：质量守恒： (1)动量守恒: (2)种类守恒： （3）能量守恒：（4）充电保护：（5）电子运输：（6）在保持均衡的源汇项。（1）-（6），即，标准，苏，硅，列于表1。请注意，源项，Si，在水的输运方程的CL和GDL地区包括相变，SSG，描述冰的形成，生长，和冷启动时的熔化过程。SSG的详细

10、描述如下： 当 当 当 当 （7）在rdesub和Rsub是凝华和升华，相变率；S代表冰分数，定义为冰多孔介质如GDL和CL的空隙的体积分数，即， （8）因此，冰量积累在PEFC成分是冰的分数来描述，美国的凝华和升华的过程导致潜热的释放和吸收，分别。因此，这些影响应在能量守恒方程的源项，考虑ST，为CL和GDL的地区，如表1。对于电荷守恒方程的源项，SF的氢氧化反应的帐户（HOR）在阳极的氯和氧还原反应（ORR）在阴极催化层的电化学反应是通过线性化的水平标准Butlere-Volmer方程导出，并忽略anodic 25 的Butlere-Volmer方程阳极反应项。霍尔在阳极Cl： （9）霍尔

11、在阴极：（10）表面电位，H，为贺和奥尔是利用热力学平衡电位的定义，U0，在阳极和阴极双方之间，如下：（11）右手边的物种方程，方程（3），该有效扩散系数，扩散由作为改性关联26对孔隙度的影响和曲折的GDL和CL。因为这也是影响冰的分数，最后形成扩散的冰。 （12）电解质的输运性质依赖于膜的含水量，即水的功能.活动，如下27：（13）（14a）(14b)水蒸汽分压可以计算出温度范围，从零下到正常运行温度，如下27-28：(15a)(15b)3.边界条件与数值实现本研究的细胞几何和计算网格如图1所示。详细的理化参数，组件的属性，细胞尺寸和操作条件在表2和表3列出。如图1所示，除了进出口区计算域的

12、大小是利用全细胞的几何周期从而对称条件应用于计算单元的外表面减少，除了进出口区域。阳极/阴极入口速度可以从它们各自的化学计量比的确定（XA，XC）和工作电流密度（I），如下：阳极入口： （19）阴极入口：（20）在哪里的入口截面分别的阳极和阴极气体通道，氢和氧CH2和CO2入口摩尔浓度可以计算出入口压力、增湿条件，和温度，根据理想气体定律。在第2.1和2.2节所描述的瞬态冷启动模型进行了数值实现与市售的计算流体动力学程序，使用流畅的用户定义函数。所有物种和能量残差的收敛标准被设置为107。4结果与讨论探讨一种现行的策略对不饱和阶段，我们定义了七个仿真案例，称为例1至7（见表4）。恒流密度为0.

13、1和0.15个/厘米是在冷启动的应用期2和1，分别。另一方面，案例3和4采取了一种策略，由此提出了从0.10.15 A/cm2。0.1 A/cm2的初始电流密度是应用在第一阶段，然后随后提高到0.15一个/平方厘米。3和4之间的区别在于是否在冻结阶段（案例3）或在饱和阶段（案例4）。另外5至7例定义为确定的MEA设计和热的影响在饱和阶段的质量开始。对于所有的模拟情况下，初始含水量在电解质相中被假定为10。 阴极阳极系统边界催化剂层气体扩散层空气通道冷却通道双极板阴极入口阳极入口截面图1单直通道燃料电池的计算域和网格的边界条件几何。图2显示整体的细胞温度和冰积累1，3，2，和4的曲线。第一，比较

14、例1和2表明，冰的增长率阴极氯离子具有较高的初始电流密度，导致或者水生产率越高。因此，一个较高的水平的累积冰预测案例2（0.267毫克/平方厘米），相对于1（0.225毫克/平方厘米）。在另一方面，一个更快的细胞温度上升也实现，在2个案例中，由于其较高的电流密度和较大的释放的热量，被释放。因此，冰融化，由于冰堆积的突然下降曲线，发生在2例早期比案例1。当前的提高策略应用，增加了电流在冷冻阶段（从0.1到0.15 A/cm 10 s），即，案例3，结果在一个冰的质量累积病例2相似的水平（0.267毫克/平方厘米）。另一方面，案例4，在其中的电流增加饱和阶段（从0.1到0.15 A/cm2 30）

15、展品与其他情况相比，一个优越的冷启动行为。在案例4中，案例4中的累积冰块相似例1（0.225毫克/平方厘米），但快速增长的细胞温度达到，即可比的情况下，2和3和比1的情况要快得多。因此，图2清楚地显示认为目前提出的4种情况下的策略是有效的，领先的一个更成功的自我启动的电池。图2电子温度和冰积累的演化曲线。平均在阴极的冰积累CL为1-4。图3电子电压和水含量的演化曲线。水分含量平均为1-4图3给出的电压变化曲线为1，2，3，和4。可以看出，突然下降的幅度电池电压对应于电流的大小密度，因为它主要取决于程度电渗（EOD）流量和由此产生的阳极干涸。特别是3和4的情况下表现出第二次电压降在10秒和30秒，这是一个电流密度增加。相对于电池温度图2所示曲线，二次电压降期3和4的情况下准确地对应的时间电池温度上升和/或冰积累增加率，也就是说，由增加的电流密度驱动。然而，一旦电池通过不饱和阶段，电池电压开始恢复的情况下，这意味着水回流起