[发明专利]一种质子交换膜燃料电池建模方法

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池建模方法，其特征在于，包括：

1)计算活化过电压模型η_act，

2)计算欧姆过电压模型η_ohmic，

3)计算浓度过电压模型η_con，及

4)计算内部电流/渗透损耗引起的电压降模型E_loss；

根据电化学反应机理，质子交换膜燃料电池建模单体电压表示为：

V_CELL＝E_Nernst-η_act-η_ohmic-η_con-E_loss；

燃料电池在开路状态下，E_loss＝E_Nernst-E_OCV，其中，E_ocv为开路电压；

热力学电动势方程为：

其中，ΔG为吉布斯自由能变化量；F为法拉第常量；ΔS为熵值变化量；R为阿伏伽德罗常数；P_O2为氧气在阴极催化剂/气体界面的分压atm；P_H2为氢气在阳极催化剂/气体界面的分压；T表示电池温度K；T_ref为电池的参考温度；

燃料电池在运行时，反应气体增湿，增湿水的饱和蒸气压与电池温度T的关系如下：

其中，Pa和Pc为电池阳极和阴极的压力；为氮气在阴极的分压atm；J为电池的电流密度；为水的饱和蒸气压；

在低电流密度下，活化过电压模型依据以下公式计算：

η_act＝ξ₁+ξ₂T+ξ₃T ln(C_O2)+ξ₄T ln i，其中，ξ₁、ξ₂、ξ₃、ξ₄是电池模型参数的相关系数，是根据实验数据得到的；CO2为阴极与质子膜界面的氧气浓度mol/cm3；

其中，C_O2＝P_O2*1.97*10^-7exp(498/T)，P_O2为氧气在阴极催化剂/气体界面的分压atm；

欧姆过电压模型是通以下公式计算：

η_ohmic＝IR_0hm＝I(RM+RC)；

其中，R_M为质子膜等效阻抗，R_C为质子膜接触电阻Ω；L为质子交换膜的厚度cm；r_M为电阻率Ω﹒cm；λ为质子膜中的含水量；

燃料电池在大电流运行时的浓度过电压模型，依据以下公式计算：

其中，B取决于电池和其工作状态的函数；J_MAX为最大电流密度A/cm²。