针对狭小空间的电解质膜独立除湿技术.pdf

1、基于电解质膜的精密除湿技术基于电解质膜的精密除湿技术及及室内环境技术团队研究简介室内环境技术团队研究简介传热强化与过程节能教育部重点实验室，化学与化工学院，华南理工大学建筑能耗建筑能耗20-40%用用于除湿于除湿潮湿引发潮湿引发超超1/4的设的设备故障备故障除湿的重要性除湿的重要性2研究背景：除湿在生产和生活中有重大需求 大湾区大湾区近一成近一成总能耗总能耗用于室内、工业生产用于室内、工业生产及物品储存中的除湿；及物品储存中的除湿；精密仪器设备、电池精密仪器设备、电池等电子产品生产车间等电子产品生产车间湿度要求极为严格；湿度要求极为严格；冰箱高湿度损害所储冰箱高湿度损害所储存的物品或引发细菌存

2、的物品或引发细菌滋生；药品、疫苗低滋生；药品、疫苗低温储存应避免高湿及温储存应避免高湿及凝水；凝水；催化剂（催化剂（IrO2,RuO2）H+水分子水分子电解水蒸气电解水蒸气,无需冷热源，无需冷热源，紧凑可靠、小巧灵敏，是狭小紧凑可靠、小巧灵敏，是狭小空间除湿的新方向空间除湿的新方向*运行电压：运行电压：3V*常规尺寸：常规尺寸：331cm3电解质膜除湿电解质膜除湿或或H2催化剂（催化剂（IrO2,RuO2）H+水分子水分子研究背景还适合于光伏等可再生能源还适合于光伏等可再生能源结合结合，实现无外加能源供应实现无外加能源供应的独立除湿的独立除湿，应用前景广泛应用前景广泛。太阳能溶液除湿及中空纤维

3、太阳能溶液除湿及中空纤维膜除湿也有丰富的研究基础膜除湿也有丰富的研究基础及经验及经验。2021/5/154研究背景基础理论多层膜结构热-质-电耦合传递理论模型除湿组件CFD模拟及不可逆传递分析除湿老化行为及在线性能预测建模微介观 nm-m组件尺度mm系统尺度m电解质膜除湿理论建模与仿真建立了可考虑微介观电化学反应微介观电化学反应、多层膜多孔介质传热传质多层膜多孔介质传热传质及真真实膜电极三维结构实膜电极三维结构的电解质膜除湿理论仿真模型电解质膜除湿理论仿真模型，并针对工程应用开发了无需迭代的电化学快速预测模型电化学快速预测模型电解质膜除湿：组件电解质膜除湿：组件CFD模拟及不可逆传递分析模拟及

4、不可逆传递分析建立了建立了考虑真实空气流道考虑真实空气流道、集流层结集流层结构的除湿膜组件构的除湿膜组件CFD数值模型；数值模型；3-D非稳态有限元建模及数值求解；非稳态有限元建模及数值求解；阐明流动阐明流动、传热传质传热传质、活化极化及欧活化极化及欧姆热等内部不可逆传递过程；姆热等内部不可逆传递过程；分析了多种工况下的分析了多种工况下的稳态运行稳态运行及及动动态启动态启动特性；特性；明确了操作条件及结构设计的影响；明确了操作条件及结构设计的影响；不可逆损失集中在不可逆损失集中在阳极侧阳极侧，其中活其中活化局部熵产最剧烈化局部熵产最剧烈（催化层催化层），特特别是启动阶段；别是启动阶段；除湿膜电

5、极内的水分含量分布除湿膜电极内的水分含量分布除湿膜电极内的除湿膜电极内的温度温度分布分布6 电化学零维模型，实现在线预测电化学零维模型，实现在线预测基于极化曲线的半经验模型建立电解除湿的老化模型，并采用非线性拟合及遗传算法获取模型参数；解耦传递过程与电化学互动规律，即解耦传递过程与电化学互动规律，即时预测除湿量及电流密度；并以除湿时预测除湿量及电流密度；并以除湿运行电流作为评价指标，实现老化趋运行电流作为评价指标，实现老化趋势预测及寿命评估。势预测及寿命评估。全工况预测精度与理论模型误差在全工况预测精度与理论模型误差在10%以内以内caTacohmln()-ln()RTRTURHRHUZFZF

6、=+GcmcaacGcm(ln()-ln()/()RTRTiURHRHZFZF=+2H OrereremovelaAaA,outaA,ine db dwmAA*()2MiAiACmmmmmnDeNeNx=+=+活化过电势等不可逆传递除湿量计算电阻等模型参数3wCwA0.01042.1A0wC0.0w0590.767.2 1 (for 1,0t20%，耐久性提升耐久性提升58倍倍。指导双极板设计及催化剂喷涂指导双极板设计及催化剂喷涂，降低不可逆传递损失降低不可逆传递损失。夹具PEM2021/5/1514电解质膜除湿：装置开发及性能调控电解质膜除湿：装置开发