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作者：何紫璇;张晓卿;马骁;帅石金;
单位：清华大学车辆与运载学院;清华大学航空发动机研究院;
摘要：航空用燃料电池电堆内部单体间运行不一致是影响电堆性能的重要问题。本文建立了燃料电池多物理场耦合电堆模型，以流体网络模型为基础，耦合了一维燃料电池模型和传热单元模型，探讨了单电池面积和层数的最佳组合。研究结果表明，单电池数量对流动和温度分布均匀性影响更大。但过大的单体面积会导致电堆内部压降明显增大，进而增加冷却液泵寄生功率，因此需要在单电池层数与面积之间进行折中。针对航空可能面临的高功率需求、低压工况，提出了层间分区优化气体扩散层的设计方案，通过强化下游单电池的膜内传质能力，改善了电堆整体运行性能与一致性。最佳组合下，末级电池阴极催化层处反应气体浓度提升了15.1%，电堆整体输出功率提高了118 W，电压波动率性能优化了约20.7%。本研究可用于燃料电池电堆性能的快速预测，为高性能大功率电堆结构以及水热管理策略的开发提供指导。
关键词：质子交换膜;;燃料电池;;运行一致性;;结构优化;;层间分区
