微重力燃料電池研究獲重大進展

據中國科學院網站報道：燃料電池是一種通過電化學反應持續地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化成電能的發電裝置，因其比功率高、比能量高
、響應速度快及可大功率、長chang時shi間jian供gong電dian的de特te點dian
，在zai航hang天tian領ling域yu中zhong的de應ying用yong日ri益yi得de到dao重zhong視shi。但dan在zai空kong間jian微wei重zhong力li環huan境jing中zhong，燃ran料liao電dian池chi內nei部bu伴ban有you電dian化hua學xue反fan應ying的de兩liang相xiang流liu動dong將jiang呈cheng現xian出chu和he地di麵mian常chang重zhong力li環huan境jing迥jiong然ran不bu同tong的de特te性xing
，不bu僅jin對dui燃ran料liao電dian池chi氣qi液ye管guan理li提ti出chu了le新xin的de挑tiao戰zhan，而er且qie還hai直zhi接jie影ying響xiang到dao燃ran料liao電dian池chi的de電dian性xing能neng及ji其qi穩wen定ding運yun行xing，成cheng為wei航hang天tian用yong燃ran料liao電dian池chi技ji術shu發fa展zhan中zhong亟ji待dai解jie決jue的de關guan鍵jian技ji術shu問wen題ti之zhi一yi。另ling一yi方fang麵mian
，即ji使shi對dui於yu地di麵mian常chang重zhong力li環huan境jing中zhong的de燃ran料liao電dian池chi應ying用yong而er言yan
，重zhong力li同tong樣yang對dui其qi內nei部bu兩liang相xiang流liu特te征zheng並bing進jin而er對dui其qi電dian性xing能neng有you重zhong要yao影ying響xiang。因yin此ci，對dui燃ran料liao電dian池chi內nei部bu過guo程cheng中zhong的de重zhong力li影ying響xiang機ji製zhi的de研yan究jiu具ju有you重zhong要yao的de學xue術shu意yi義yi和he重zhong大da的de應ying用yong價jia值zhi。

中國科學院力學研究所與北京工業大學郭航教授及其研究團隊合作
，利用力學所百米落塔，在國際上率先對質子交換膜燃料電池（PEMFC）、直接甲醇燃料電池（DMFC）等deng內nei部bu伴ban隨sui有you電dian化hua學xue反fan應ying的de氣qi液ye兩liang相xiang流liu動dong特te征zheng及ji相xiang關guan燃ran料liao電dian池chi的de電dian性xing能neng變bian化hua進jin行xing了le短duan時shi微wei重zhong力li實shi驗yan研yan究jiu，並bing與yu地di麵mian常chang重zhong力li實shi驗yan相xiang比bi較jiao，真zhen正zheng地di將jiang重zhong力li作zuo為wei可ke控kong變bian量liang，彌mi補bu了le以yi往wang在zai地di麵mian常chang規gui重zhong力li環huan境jing通tong過guo改gai變bian流liu道dao傾qing角jiao來lai研yan究jiu重zhong力li效xiao應ying的de做zuo法fa在zai方fang法fa論lun上shang的de明ming顯xian不bu足zu。

不同重力條件下PEMFC電性能變化特征

最近，該聯合研究團隊報道了不同重力條件下PEMFC陰極流道（蛇形單通道，截麵積2×2 mm2）內的氣液兩相流動特征及其對PEMFC電性能的影響
，發現與地麵常重力環境相比，重力水平的降低導致陰極流道內的水氣兩相流型發生極大變化，進而直接影響到PEMFC電性能（如圖）。實驗還發現重力對PEMFC內水氣兩相流及其電性能的影響與電池運行狀態相關：在大電流密度
、高產水區
，PEMFC陰yin極ji流liu道dao內nei由you電dian化hua學xue反fan應ying生sheng成cheng的de液ye態tai水shui在zai常chang重zhong力li條tiao件jian下xia傾qing向xiang於yu在zai垂chui直zhi向xiang上shang流liu道dao中zhong彙hui聚ju
，造zao成cheng流liu道dao液ye泛fan淹yan沒mei，阻zu礙ai反fan應ying物wu的de有you效xiao供gong應ying及ji產chan物wu的de及ji時shi排pai出chu
；而在微重力條件下則傾向於隨氣流移動
，易於排出，從而能有效抑製流道液泛淹沒，相應的電性能在微重力條件下比常重力時有4.6%的提高。而在小電流密度
、低產水區，微重力條件下分散水滴彙聚會阻塞流道，引起電性能比常重力時降低約6.6%。詳見Guo H, Liu X, Zhao JF, Ye F, Ma CF. Experimental study of two-phase flow in a proton exchange membrane fuel cell in short-term microgravity condition. Applied Energy, 2014, 136: 509-518。

該研究工作得到了國家自然科學基金、微重力重點實驗室開放課題等的資助。