质子交换膜燃料电池内电流趋肤效应研究

燃料电池被公认为21世纪最有前途的清洁能源,但是其寿命制约着它的商业化发展。燃料电池是一种直流发电装置，一般情况下，其内部的电流是均匀分布的，可是当电流控制系统出现不稳定或电路负载出现突变时，电路中的电流将出现高频脉冲。根据傅立叶变换，这种脉冲电流中存在着高频交流分量。按麦克斯韦电磁理论，当高频交流电通过电池内部时，燃料电池外围的电流密度将大于中心电流密度，产生趋肤效应。这种现象达到一定程度时将会损坏电池的关键材料，导致的电池性能衰减。.迄今为止，仍无燃料电池电流趋肤效应相关研究报道。本项目首次研究燃料电池内电流趋肤效应，从燃料电池关键材料出发，研究不锈钢集流板、石墨集流板、碳纸和质子交换膜等材料在高频正弦电流与脉冲电流下的电流分布规律，并利用燃料电池测试平台与材料结构分析仪器，研究趋肤效应与电池性能之间的关系，揭示其导致电池性能衰减、寿命变短的机理，为电池的设计和运行提供指导。

前言

第1章　绪论

第2章　质子交换膜燃料电池的工作原理与关键部件

第3章　质子交换膜燃料电池的理论计算

第4章　质子交换膜燃料电池水管理实验

第5章　质子交换膜燃料电池水管理数学模型

第6章　质子交换膜燃料电池水管理的数值模拟结果

附录　符号说明

上海电机厂于1958年制造的一万二千瓦双水内冷汽轮发电机，是我国和世界上第一台定子、转子双水内冷汽轮发电机。 汽轮发电机是火力发电站的主机之一，它由两个主要部分构成：静止不动的部分，称为定子（或称静子）；随同汽轮机高速旋转的，称为转子。转子和定子里面都嵌有导线外面包着绝缘层的线圈。发电机发电时，由于强大的电流通过导线，导线就会发热，包扎在导线外面的绝缘层的温度就会升高。为了提高发电机的发电能力，需用冷却的方法为线圈散热。

“内冷”是冷却的方法之一，即把线圈导线做成凹凸形或空心的让风直接吹到铜线上，对线圈进行直接冷却。用来冷却的气体，开始是空气，后来改用氢气。本世纪50年代又出现了液体内冷，其中以水的冷却能力为最高。国际上第一次出现水内冷是在1956年。当时的水内冷只是用在定子上。对于转子水内冷，在国际文献上虽然有过讨论，但由于某些重大技术问题难以解决，在1958年以前，世界上还没有哪一个国家实际采用过这种冷却方法。

上海电机厂在浙江大学科学技术人员的协助下，首先攻占了这个技术堡垒。这个重大创造，把我国汽轮发电机的制造技术大大推进了一步，迎头赶上和超过了世界先进水平。