氧化剂供给方式及其影响的细致考虑

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：尽管这种氧化剂供给方式的相对成本较低，却是一个需要细致考虑的系统。需要注意的几个主要问题如下：1）必须将外界空气引导至阴极气室的反应界面。电流的供应需求激发了氧气的消耗，这表现在供应回路上，会引起一个低气压。图7-3 压力对燃料电池性能的影响[TEK 04]压缩空气可以通过电动机驱动的压缩机获得，并可将空气压缩至不同压力[WIA 00]。

空气供给系统（或回路）的首要目的是为燃料电池阴极气室提供氧化剂。就氢燃料电池来说，氧化剂（纯氧或空气）可以储存在高压容器中。不过，对于交通运输（除潜水艇和太空外），氧化剂通常由外界空气提供，既丰富又免费。尽管这种氧化剂供给方式的相对成本较低，却是一个需要细致考虑的系统。需要注意的几个主要问题如下：

1）必须将外界空气（如果空气与燃料电池的正常运行需求相匹配——我们将在后面继续探讨这一点）引导至阴极气室的反应界面。

2）外界的空气通常被各种气体或者颗粒（CO、灰尘等）污染，如果注入到燃料电池中，会降低电池性能或者寿命。

3）吸入的空气需要进行湿度和温度“调节”，并通过这种方式改善电池的性能（在某些情况下，湿度和温度不当的确会完全阻止电池运行）。

根据所采用的技术、进气模式和电池功率等级的不同，PEMFC可采用以下三种方式运行：

1）“自吸”模式：正如名字所表述的那样，燃料电池根据需要“呼入”周边空气，并与电流需求有关。电流的供应需求激发了氧气的消耗，这表现在供应回路上，会引起一个低气压。这种模式完全被动运行，所以十分简单，不需任何空气供给系统，适宜于功率特别低的电池（往往小于200W）。

2）大气模式：使用空气泵或者鼓风泵为电池提供空气，燃料电池的运行压力十分有限（至多几百毫巴）。

3）压缩模式：对于功率大于1kW电池，一般都建议采用这种模式。可以看出，气体分压越高，电化学转换效率也更高。因此，这种模式可使电池获得高功率密度，也有利于电池的水、热管理^{[NAS 00]}（见图7-3）。