论文标题：A comprehensive review of the modeling of transport phenomenon in the flow channels of polymer electrolyte membrane fuel cells

期刊：Frontiers of Chemical Science and Engineering

作者：Niyi Olukayode, Shenrong Ye, Mingruo Hu, Yanjun Dai, Rui Chen, Sheng Sui

发表时间：15 Aug 2024

DOI：10.1007/s11705-024-2445-x

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文章速览

聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）流道中反应气体和液态水的传输现象非常复杂，对其性能和耐久性至关重要。聚合物膜需要处于最佳水平的水以实现质子传导性，然而水管理涉及防止膜脱水、水淹以及随之带来的电池性能下降和退化，这就需要研究和理解电池内部的两相流。已有可视化实验技术用于研究PEMFC中的两相流现象，然而在原位测量方面实验存在局限性，也很昂贵并且耗时。相比之下，数值建模更便宜、更快，可以深入了解PEMFC组件中发生的复杂多尺度过程。本文介绍了最新的PEMFC流道设计现状，总结评价了针对其传输现象的主要数值模拟方法：二流体、多相混合物、流体体积、格子玻尔兹曼和压降模型，并进一步地对上述五种方法进行了应用方向描述以及优缺点的比较和分析，给出了一些特定情景下的代表性解决案例。最后，文章指出了PEMFC建模问题的解决思路，如对单一模型不足问题可以通过考虑混合模型或开发相关性来解决，以提高计算速度，减少模拟误差，并促进更快的收敛和更好的保真度。特别强调了值得关注的未来方向，给出了作者的一些解决建议，例如大多数设计都很复杂，制造起来既困难又昂贵，创新设计应该包括成本影响，正如丰田Mirai二代注意了双极板性能与制造成本之间的协调，从前一代复杂的3D流场构型，恢复为相对简化的局部收缩流场构型。

引用格式：Niyi Olukayode, Shenrong Ye, Mingruo Hu, Yanjun Dai, Rui Chen, Sheng Sui. A comprehensive review of the modeling of transport phenomenon in the flow channels of polymer electrolyte membrane fuel cells. Front. Chem. Sci. Eng., 2024, 18(8): 94 https://doi.org/10.1007/s11705-024-2445-x

作者及团队介绍

Niyi Olukayode（第一作者）上海交通大学博士研究生，主要研究方向PEMFC传输现象建模分析及流场优化。

隋升（通讯作者），上海交通大学副教授，英国诺丁汉大学Marie-Curie 研究员，加州大学伯克利分校/劳伦斯-伯克利国家实验室访问学者，长期从事燃料电池和氢能的基础和应用研究，发表学术论文100余篇，出版学术专著/译著7部, 专利授权40余项。其他几位作者亦均在燃料电池和能源领域长期耕耘，成果丰硕。

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