车用PEMFC阴极泡沫型流场排水研究开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

燃料电池作为一种高效、清洁的新型能源转换装置，具有能量转换效率高、零排放等优点，在未来交通运输领域具有广阔的应用前景。

质子交换膜燃料电池（pemfc）由于其工作温度低、启动速度快、功率密度高等优势，被认为是最具潜力的车用燃料电池类型之一。

然而，pemfc在运行过程中会产生大量的水，若水管理不当，过量的水会积聚在电池内部，导致电池性能下降，甚至损坏电池。

2. 本选题国内外研究状况综述

近年来，泡沫材料因其独特的结构和优异的性能，在质子交换膜燃料电池(pemfc)领域受到越来越多的关注。

泡沫材料凭借其三维连通的孔隙结构、高比表面积以及良好的导热导电性能，在pemfc中被应用于气体扩散层、催化层以及流场等多个方面。

国内外学者针对泡沫型流场在pemfc中的应用开展了大量的研究工作。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本研究将以车用pemfc为研究对象，以提高电池阴极排水效率为目标，采用数值模拟和实验研究相结合的方法，系统研究泡沫型流场的排水特性，并对泡沫型流场结构进行优化设计。

1. 主要内容

1.研究车用pemfc阴极水传输机理，分析水生成、水传输和水排出的过程，建立两相流模型，为泡沫型流场的排水性能研究奠定理论基础。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法，逐步开展以下研究工作：
1.文献调研：查阅国内外相关文献，了解pemfc水管理、泡沫型流场、两相流模拟等方面的研究现状，为本研究提供理论基础和技术参考。

2.模型建立：基于多相流理论和电化学反应机理，建立pemfc阴极水传输数学模型，并对模型进行简化和假设，使其能够准确描述泡沫型流场内的水传输过程。

3.数值模拟：利用comsol等多物理场仿真软件，对不同结构参数的泡沫型流场进行三维建模，并进行两相流数值模拟，分析流场内水分布、氧气传输、电流密度分布等关键参数的变化规律。

5. 研究的创新点

1.将泡沫材料应用于车用pemfc阴极流场，通过优化泡沫结构参数，提高电池的排水效率，降低水淹风险，为pemfc水管理提供新的解决方案。

2.建立准确可靠的泡沫型流场两相流数学模型，揭示泡沫结构参数对水传输和排水性能的影响规律，为泡沫型流场的设计和优化提供理论指导。

3.结合数值模拟和实验研究，验证泡沫型流场的排水性能，并确定最佳的泡沫结构参数和工作条件，为开发高性能、长寿命的车用燃料电池提供技术支持。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

1. 王少华, 马诗旻, 潘牧. 燃料电池阴极水管理研究进展[j]. 化学进展, 2022, 34(1): 313-324.

2. 黄晓, 董吉喆, 钟辉, 等. 质子交换膜燃料电池水管理研究进展[j]. 中国科学: 化学, 2021, 51(11): 1585-1600.

3. 张洪涛, 彭苏萍. 质子交换膜燃料电池阴极水管理研究综述[j]. 电池, 2020, 50(6): 387-393.