质子交换膜厚度对全钒液流电池性能的影响

目的研究质子交换膜厚度对全钒液流电池充放电性能及交流阻抗的影响.方法选取4种不同厚度的质子交换膜Nafion117、Nafion115、Nafion212和Nafion211分别内置于电池单体,运用全钒液流电池测试系统对电池的伏安特性和交流阻抗特性进行测试分析.采用等效电路法,分析全钒液流电池的等效元件,获得电池的欧姆阻抗和法拉第阻抗.结果在相同电解液浓度下,质子交换膜厚度的增加能延长电池的充放电时间;在膜厚度一定的情况下,增大电解液浓度,能增加电池充放电时间;随质子交换膜厚度的增加,交流阻抗图谱右移;增大质子交换膜厚度,可提高电池的欧姆阻抗.结论全钒液流电池等效电路由欧姆阻抗、正极法拉第阻抗、负极法拉第阻抗和正、负极电容组成;减小质子交换膜厚度能显著降低电池的欧姆阻抗,有利于提高电池的充放电性能.     

HT-PEM燃料电池性能实验分析

目的研究电池温度、氢气流量和空气流量对高温质子交换膜燃料电池的性能影响.方法通过电化学工作站测试了HT-PEM燃料电池的伏安特性和交流阻抗,利用等效电路法分解得到HT-PEM燃料电池中的欧姆阻抗和法拉第阻抗,分析电池温度、氢气流量和空气流量对燃料电池的伏安特性、欧姆阻抗和法拉第阻抗的影响.结果电池温度、氢气流量和空气流量对高温质子交换膜燃料电池性能有一定影响,温度升高和增大气体流量能够一定程度地提高高温质子交换膜燃料电池的性能.HT-PEM燃料电池的性能不会随着气体流量的增加而一直增加.结论升高温度降低了燃料电池的欧姆阻抗和法拉第阻抗;氢气流量变化和空气流量变化对欧姆阻抗和法拉第阻抗没有明显影响.     

温度、压力和湿度对PEMFC堆电效率的影响

提高质子交换膜燃料电池（PEMFC）堆的电效率对于PEMFC堆的开发和应用具有重要的意义．研究了操作参数中的温度、压力和湿度对PEMFC堆电效率影响的机理，在此基础上，采用正交实验的方法进一步分析了以上各因素的耦合作用及影响程度、实验结果表明，温度、压力、湿度及温度与湿度的耦合作用对PEMFC堆电效率的影响显著，最优工作条件为温度60℃，压力0．3MPa和湿度100％．     

低湿度下质子交换膜燃料电池的交流阻抗分析

采用Nafion(112膜制备膜电极(MEA)并对质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行了无外增湿条件下E-I极化曲线和电化学交流阻抗谱(EIS)的测试。对比分析了20和55℃时的交流阻抗谱图,结果表明不同温度下EIS中代表质子传导电阻的Rhf值和电荷转移电阻的Rct值有明显不同,低电流密度下的Rhf值和E-I极化曲线上的欧姆极化区具有更好的一致性。电池在15 mA.cm-2的恒电流密度下放电时,随着温度升高Rhf值和Rct值都相继增大,其中Rhf值随温度升高有显著变化,是导致PEMFC在操作温度超过45℃时性能降低的主要因素。     

1 kW自呼吸PEMFC堆控制因素试验

自呼吸质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极侧湿度和温度耦合严重,且空气流量对湿度和温度影响不同,从而使得对电池输出电压的控制变得复杂.以氢气压力和提供阴极空气流量的风扇转速为影响因素,对相应的工作点集进行了正交试验研究.分析结果表明,风扇转速高于极值电压转速时,空气会带走更多的水分,从而使得质子交换膜逐渐干燥,阻抗增大,电池性能衰减;风扇转速低于极值电压转速时,空气流量带走的热量减少,使得阴极表面温度升高,阴极端相对湿度迅速减低,从而导致质子交换膜迅速干燥,电池性能衰减迅速.因此,每个工作点存在一个使电池电压最高的风扇转速值.     

用EIS研究PEMFC膜电极的运行条件对其性能的影响

在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中，采用电化学阻抗谱（EIS）研究了膜电极（MEA）的一些运行条件对其工作性能的影响，并探讨了其作用机理．通过测量数据的解析和等效电路的数学模拟，得到了与MEA结构关联的电极诸参数随电池温度和反应气体压力的变化规律．研究表明，MEA的氧电极的电化学反应电阻随电池温度的升高显著减小，氧电极的双电层电容随电池温度的升高有所增加，表明电极有效面积得以增加，有利于MEA工作性能的提高．     

质子交换膜燃料电池变载过程动态响应分析

为了研究质子交换膜燃料电池变载过程中气体传输对动态响应的影响,建立了5流道蛇形流场质子交换膜燃料电池三维单相模型,并基于实际参数进行Fluent仿真.分析了运行参数(包括工作压力、进气增湿、化学计量比)对质子交换膜燃料电池稳态性能的影响,以及运行参数对质子交换膜燃料电池动态性能的影响.结果表明:工作压力高、阳极湿度大、化学计量比大能提高燃料电池稳态性能,小电流密度下阴极湿度大燃料电池稳态性能好,大电流密度下则相反;工作压力高、化学计量比大、阴极湿度大能提高燃料电池动态性能.     

质子交换膜燃料电池引射器的设计及特性

提出了以文丘里管引射器为循环装置的供应系统.以索科洛夫的引射器设计方法为基础,针对某高压质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统对引射器进行结构设计及特性研究,并对其进行了试验验证.结果表明:增大引射器出口压力和引射流体压力可使引射系数得到提高;工作流体压力对引射器性能的影响随引射器出口所处工况的变化而变化.     

PEMFC引射器的设计及特性分析

以索科洛夫的引射器设计方法为基础,对一个高压质子交换膜燃料电池系统(PEMFC)的引射器进行结构设计以及CFD仿真分析,研究了引射器的使用特性.研究表明:随着压缩流体出口压力和引射流体压力的增加,引射器的引射系数随之增大;工作流体压力对引射器性能的影响随引射器出口所处工况的变化而变化.     

操作参数对PEMFC性能的影响

通过实验研究三通道蛇形非对称流场的质子交换膜燃料电池(PEMFC)运行温度、气体加湿温度、空气流量、H2流量以及燃料电池工作压力等操作参数对PEMFC性能的影响。结果表明:燃料电池温度保持在333～343K,加湿温度与电池温度相同时,电池性能达到最佳状态;质子交换膜燃料电池中O2的还原反应是影响整个燃料电池放电性能的一个关键因素;工作压力为2.026×105Pa左右时电池的性能最佳。     

Analysis of Water Management in Proton Exchange Membrane Fuel Cells

Introduction Fuel cells provide an environmentally friendly high- efficiency power source that is not limited by the Carot efficiency. The proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is considered to be the most promising can- didate for electric vehicles …     

迷宫式新型流道对质子交换膜燃料电池的性能优化

质子交换膜燃料电池具有广泛的应用前景。为了提升流道构型对于质子交换膜燃料电池的综合性能,通过建立一种三维单相、等温的圆形交错迷宫式流道质子交换膜燃料电池模型,分析新型流道对质子交换膜燃料电池的输出性能、阴极氧和水浓度分布及阴极进气流速的影响。结果表明,圆形交错式流道相较于矩形交错式流道和蛇形流道电流密度提升25 %和143 %,也可以明显的改善流道内反应物和产物的分布和输运。阴极进气流速的增加可以提升电池的性能,但也会带来其他额外的损耗。可见,圆形交错式流道可以有效提升输出性能,改善氧和水的分布。     

操作条件对质子交换膜燃料电池性能的影响

通过测量电池的电流-电压、电流密度-功率和电流密度-时间曲线,研究了温度、压力和尾气排放速度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响,得出了电池较佳的工作条件。实验结果表明：氢气和氧气的较佳工作压力分别为0.03MPa和0.3MPa;在该压力下,电池工作温度为60℃时,电池的最大功率密度可达0.44W/cm²;当尾气排放速度为20mL/min时,电池能够高效、稳定的运行。     

冬季工况下入口参数对再生器性能的影响

由于缺少再生器在冬季工况下的性能数据,再生器的设计、运行等都无法根据冬季工况进行.为此,文中搭建了冬季工况下再生器入口空气和溶液参数对再生器性能影响的实验台,得出再生溶液为LiCl溶液时入口空气和溶液参数对再生器出口空气及溶液参数的影响规律如下:出口空气温度、出口溶液温度及出口空气含湿量随入口溶液温度和入口空气温度的升高、入口溶液质量流量以及入口空气含湿量的增大而提高,随入口空气质量流量的增大而降低;增大入口溶液中LiCl的质量分数会使出口空气温度和出口溶液温度升高,而使出口空气含湿量减少.文中还建立了再生量和再生效率的关联式,该关联式可用于冬季工况下再生器的设计、运行及性能研究.     

陶瓷泡沫填料逆流直接蒸发冷却热质传递特性的实验研究

采用30 PPI的氧化铝(Al2O3)陶瓷泡沫块作为蒸发冷却器填料,在人工环境舱中进行了逆流直接蒸发冷却实验.着重研究了填料厚度、进口空气的干球温度、湿球温度以及空气流量对填料热质传递性能的影响.选用冷却效率和加湿量分别作为热传递和质传递性能的评价指标.实验结果表明,以氧化铝陶瓷泡沫为填料的直接蒸发冷却器,冷却效率最高可以达到0.88,出口空气的含湿量最大可以增加3.15 g/kg.当进口干球温度、进口湿球温度升高以及空气流量增大时,陶瓷泡沫的冷却效率都呈下降趋势.加湿量随着进口干球温度的升高而增加,但是随着进口湿球温度升高和空气流量增大而减少.在相同实验条件下,2层陶瓷泡沫的冷却效率、加湿量都高于1层的冷却效率和加湿量.     

液-液循环流化床制冰过程的(火用)分析

采用水与另一种非相溶载冷流体直接接触换热结冰的液液循环流化床是一种新型动态制取流体冰方法.针对该方法建立了研究床内多相流动与传热过程的数值模拟平台,以热力学第二定律为基础提出了液液循环流化床制冰过程的火用损失计算模型.采用数值试验方法探讨了水滴直径、载冷液体入口温度和速度对系统的制冰能力和火用损失的影响.研究结果发现,减小水滴直径和入口温度可以不断提高循环流化床的制冰能力,但减小入口速度的作用有限,而减小水滴直径是兼顾制冰能力和过程火用损失的最有利途径.     

空气滤清器的空气动力学仿真及优化

采用多孔介质模型,针对某空气滤清器及其管道的空气动力学特性开展数值模拟,分析空气滤清器及其管道的流动阻力损失和空气滤清器滤芯流动均匀性,并进一步研究采用插入管结构、内置挡板结构后的流动特性。研究结果表明:采用进气插入管结构有效地降低流动阻力损失,降低滤芯流动均匀性,随着插入管长度的增加,流动均匀性呈现降低的趋势;采用挡板结构提高流动阻力损失,降低滤芯流动均匀性。进气插入管入口采用斜截面结构流动阻力略有增加,但可以有效地提高滤芯流动均匀性。