PEM燃料电池阴极催化剂层特性

为了提高催化剂层的特性和PEM燃料电池的性能,加速它的推广和应用.给出了一个PEM燃料电池阴极传热传质的数学模型,模拟研究了阴极催化剂层中氧气体积分数、电流密度、阻抗和温度分布的规律.研究发现:模拟条件下,在阴极催化剂层中的传质中,质子传递过程是阴极性能的控制过程;沿着气体通道方向,催化剂层中的氧气浓度、电流密度、阻抗和温度均渐渐降低;沿着Y轴方向,氧气体积分数,阻抗和温度渐渐降低,而电流密度升高.研究结果对PEM燃料电池阴极结构优化和提高性能具有重要的参考作用.     

垫片材料在模拟的PEM燃料电池环境下损伤机制

垫片材料化学性能长时间的稳定性对质子交换膜(PEM)燃料电池密封及其性能至关重要。采用实验的方法研究PEM燃料电池垫片常用材料-硅橡胶材料在模拟的PEM燃料电池环境下的损伤情况。使用2种模拟的PEM燃料电池环境,采用X线光电子能谱(XPS)技术研究弹性体垫片材料暴露在模拟的PEM燃料电池环境下的损伤机制。试验结果表明,垫片材料暴露在PEM燃料电池环境下材料表面的化学结构发生了明显的变化,材料损伤机制主要是硅橡胶材料主链Si—O—Si和侧链Si—CH3逐渐断裂所致。     

质子交换膜(PEM)燃料电池变载过程动态模型

该文通过建立等效电路模型研究质子交换膜(PEM)燃料电池动态变载过程的电压响应。将电池内部发电过程等效为电压源,将电池内部的活化极化损失、Ohm极化损失和浓差极化损失分别等效为活化损失电阻、Ohm损失电阻和浓差损失电阻。建立数学模型,利用Matlab对燃料电池的变载过程的电压动态响应进行模拟仿真,并将仿真结果与单片电池试验结果进行了对比。结果表明:模型计算结果与试验结果有较好的吻合,验证了模型的准确性和可行性。利用该模型进行了大幅度变载过程电压响应预测,观察到了加载过程电压的下冲现象和电压的反极现象。该模型可用于PEM燃料电池各种变载工况电压响应的预测,也可为各种控制模块模型设计提供参考。     

PEM燃料电池膜电极中的水传输行为

为避免电池"水淹",PEM燃料电池发生电化学反应产生的多余水必须及时排出.基于阴极催化层(CL)与气体扩散层(GDL)之间极易发生的"水淹"特点,建立实验模型,分析阴极催化层产生的水穿透碳纸气体扩散层材料到达气体流道的路径与阻力.在纵向传输过程中,GDL中最大孔中的最小孔径是限制水渗透的主要阻力.只有当水头压力足够大时,水才能进入并且穿过这些限制孔径的孔到达GDL材料表面.对于碳纸GDL材料,水在这些孔中流动时所需压力(~1kPa)显著小于水初始穿透这些孔所需压力(~6kPa).增加微孔层(MPL)会明显增加液态水的穿透阻力,MPL层中不同Teflon含量对水渗透压力影响不大.对碳纸GDL材料设置引导孔能显著降低液态水的渗透压力,有助于提升燃料电池中的水管理能力.     

质子交换膜燃料电池动态特性研究进展

本文综述了质子交换膜燃料电池（PEMFC）动态特性的研究进展,分析了模型研究和试验研究的特点及其重要性,提出运用不同的研究方法对于全面了解PEMFC的动态特性及优化其结构和控制有实际意义。     

基于实际道路条件下的燃料电池发动机使用可靠性研究

以国产燃料电池车为研究对象,基于随机过程的理论,通过统计学原理建立FCE故障过程数学模型,给出故障过程模型的参数估计,包括模型的检验.研究发动机的故障间隔时间和故障强度函数之间的数学表达式,通过试验期间采集的故障数据对车辆的可靠性现状进行了分析.对试验期间出现的故障进行了统计分析,主要包括平均故障数统计分析、故障增长趋势分析、瞬时故障率特性分析等.研究结果能为提高发动机可靠性、增加维修性、为维修策略提供参考依据,同时对研究机械系统之间故障的相关性奠定理论基础.     

基于BP神经网络的燃料电池发动机温度模型

燃料电池堆的热特性对燃料电池整体性能和寿命有重要影响,电堆温度特性具有不确定性和非线性,本文利用BP神经网络建立了电堆温度模型,并通过实测数据分析了神经网络模型的特性,研究结果表明,神经网络可以用于电堆温度模型的建立,为质子交换膜燃料电池电堆的建模与控制提供了一条可供参考的途径.     

PEM燃料电池的自增湿膜电极制备及其性能分析

用溶胶-凝胶法制备出了超亲水性的SiO₂凝胶, 经过双氧水灼烧、酸化与干燥后, 与Nafion聚合物混合喷涂在电极与固体电解质之间, 制作出了一种新型的自增湿膜电极. 用IR, BET和XRD表征了SiO₂的亲水性、比表面积和晶体结构, 用SEM, EDS表征了电极表面形貌和元素分布, 用极化放电法和交流阻抗法分析了自增湿膜电极在外增湿与自增湿方式下发电的性能. 实验结果表明, SiO₂粉末表面具有很强亲水能力, 介于催化层与质子交换膜界面上的SiO₂颗粒改善了电化学三维反应区, 增加了电极反应区稳定性, 极大地增强了电池阴极电化学产物水的反扩散作用, 实现了无需外加湿的自增湿操作. 在0.2MPa, 70℃及干反应气体条件下, 单电池的最高功率密度可达到1.5 W/cm².     

三种贮藏温度条件下牡丹花粉的储藏特性

以"凤丹白"等5个牡丹品种的花粉为试材,分别贮藏于室温、14℃和-20℃条件下,定期测定花粉萌发率.结果表明牡丹花粉室温下安全贮藏期(T50)为5.90 d;4 ℃下花粉安全贮藏期为40.48 d;-20℃下花粉安全贮藏期为91.86 d,且品种之间差异显著.     

三种贮藏温度条件下芍药花粉的储藏特性

以"粉玉奴"、"紫莲望月"等5个芍药品种的花粉为试材,分别贮藏于室温,4℃和-20℃条件下,定期测定花粉萌发率.结果表明:芍药花粉室温下安全贮藏期(T50)为3.4 d;4℃下花粉安全贮藏期为53 d;-20℃下花粉安全贮藏期为83 d,且品种之间有显著性差异.     

质子交换膜燃料电池电堆温度特性的模糊建模

根据PEMPC电堆温度控制的需要,建立了PEMFC电堆的工作温度与运行参量之间的定量关系模型,为建立面向控制的PEMFC温度非线性模型提供了一种新思路.在建模过程中,采用模糊辨识方法建立PEMFC控制系统的模糊模型,仿真和实验结果表明,该模糊辨识方法对质子交换膜燃料电池电堆的建模和控制提供了一条可供参考的途径.     

溶融碳酸盐型燃料电池温度特性的建模与求解

本文首先提出了根据热量与物质的平衡及电化学的作用原理而得到的一组燃料、空气气体、电解质、隔板的温度特性的基本微分方程组,然后对这个方程组参数进行统一的无量纲化,最后由于这个方程组是无量纲化的空间和时间的偏微分方程组,用加权残差法(WMR)进行近似解,并对燃料电池本体内若干点的温度特性进行了探讨。     

酸性环境对PEM燃料电池弹性体垫片材料老化性能的影响

质子交换膜(PEM)燃料电池中弹性体垫片材料的持久性和稳定性对整个燃料电池的电化学性能有着重要影响。根据弹性体垫片材料在PEM燃料电池中所处酸性环境,配制了4种浓度不同的酸性试验溶液,研究弹性体垫片材料在该介质中的老化损伤情况。分别采用光学显微镜和傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)仪观察了弹性体垫片材料在不同浓度溶液和不同老化时间后试样表面微观形貌变化和试样表面的化学成分变化。试验结果表明:老化时间和老化介质对弹性体垫片材料的损伤有着显著影响,其微观表面由平滑逐渐粗糙直至裂纹产生、增加;且随着时间和试验溶液浓度的增加,弹性体垫片材料的损伤程度增加。化学性能改变的机制主要是由于分子主链的水解和交联断裂。     

PEM老炼过程中的温度闭环控制系统

当前,老炼仍被广泛应用于塑封微电路(PEM)的可靠性保证。为了解决老炼过程中存在的热失控及温度不一致的问题,该文设计了一套温度闭环控制系统。在由老炼箱自身装置提供箱内基础温度的基础上,设计的温度闭环控制系统以每个封装夹具内的微环境为控制对象,采用模糊自适应算法,最优配置比例积分(PI)控制器的控制参数,最终驱动执行器,对被老炼器件及时加热或散热。通过试验证实,老炼过程中加入温度闭环控制系统后,被测器件的温度在更短的时间内(20min)达到稳态,稳态精度控制在1℃以内,且被测器件温度的差异由2℃降低到基本一致。而后,当系统采用模糊自适应控制算法后,系统的动态响应时间更短,抗干扰能力更强。因此,该系统达到了防止器件热失控及保证不同器件间温度一致的目的。     

不同工作条件下燃料电池输出特性的数值分析

针对某金属双极板燃料电池,为了分析不同工作条件对其输出特性的影响,采用计算流体动力学(CFD)方法对质子交换膜燃料电池进行了数值模拟,并通过与试验结果进行对比证明了仿真结果具有一定的参考价值。其后着重分析了工作温度、工作压力、反应物湿度对该金属双极板燃料电池输出特性的影响。结果表明,燃料电池性能受气体传质及膜的质子传导性的影响较大,增大工作压力、增加反应物湿度和适当提高工作温度能够改善燃料电池输出性能。对该金属双极板燃料电池,推荐工作温度为313K~333K,氢气100%加湿,空气60%加湿。     

一种提高燃料电池动态特性的新型模糊控制系统

燃料电池的应用性能受到流速、温度、湿度及纯度等多个参数的影响.现存系统主要采用动态模型建模的方法,缺点在于难以表征燃料电池内部的非线性特性及时变特性.通过重点研究流控制在单电池电极装配中的实现,提出一种基于递归最小方差辨识的算法来计算非线性参数,并设计了一种基于模糊控制的系统来取代传统的流控制系统.实验结果表明,新的模糊控制器的响应时间相对于传统控制器提高了1 s左右,并且提前500 ms到达稳定状态.     

熔盐燃料电池电堆动态特性的建模和分析

根据物质、动量和能量守恒，建立了10kW级顺流型熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）电堆的数学模型，给出了模型的边界条件。将MCFC电堆的波状板考虑到模型中，求解模型得到气压以及各部分温度的分布。给出并求解了MCFC的电气特性模型，分析了电堆沿气流方向的特性；电堆在电流密度阶跃变化下的动态响应。与试验数据的比较表明，模型能正确反映电堆真实的内部特性。     

不同载荷条件下椭圆柱齿轮动态接触特性分析

为研究载荷对椭圆柱齿轮动态接触特性的影响,利用LS-PROPOST软件模拟了轮齿的动态啮合过程,结果表明:在轮齿啮合过程中,齿线方向和齿廓方向的等效塑性应变、等效应力和表面压力随轮齿在节曲线上位置的不同而发生变化;在交变载荷条件下,轮齿的等效塑性应变、等效应力、表面压力、轮齿啮合力和力矩均在一定范围内有所增加;在交变载荷和普通载荷两种条件下,轮齿都具有较好的接触性能.