质子交换膜燃料电池数值模拟的研究进展

通过数值模拟研究燃料电池的特性不仅可以获得许多实验测量难以得到的数据信息和工作机理,而且可以减少实验所用的费用,并大大缩短电池的设计周期。对现有的质子交换膜燃料电池(PEMFC)数学模型按照维数、复杂程度等特征进行了简要的回顾,对国内外发展PEMFC数学模型的主要研究工作和最新的进展予以简单评述和比较,指出了到目前为止所建立的模型存在的不足和未来模型的发展方向。     

质子交换膜燃料电池阴极扩散特性的数值分析

针对交指型质子交换膜燃料电池阴极,采用通用Darcy定律来描述多孔介质内的流体流动,建立一个二维的稳态的多组分的传输模型.通过求解模型,得到电极内的压力、速度、质量分数分布,并讨论进、出口之间压差、电极厚度和电极肋条宽度的改变对电池性能的影响.结果表明:随着进、出口之间压差的增加,电流密度是增大的,但是增大的幅度是逐渐降低的;电极厚度存在一个最优值,该值依赖于电极结构和气体分配器的设计参数;采用窄的电极肋条有利于提高电池的性能.     

基于代理模型的直流道质子交换膜燃料电池优化设计

质子交换膜燃料电池是一种可以将储存在燃料中的化学能转化为电能的装置.应用Kriging代理模型结合遗传算法对流道宽、流道高和岸宽3个几何参数进行了优化设计,以质子交换膜燃料电池的净功率作为优化的目标函数来评价质子交换膜燃料电池的性能.数值模拟应用了商业软件ANSYS FLUENT.优化后的质子交换膜燃料电池流道内具有更高的压力,使更多的反应气体参加电化学反应,因此优化后的质子交换膜燃料电池的性能得到了提高.     

车用质子交换膜燃料电池

文章介绍了500 W质子交换膜燃料电池性能试验,考察了电池气体流道占反应面积的相对体积质量大小、电堆温度、反应气压力、反应气增湿温度及过量系数对电池电压的影响,测得各节单电池的电压分布规律。为适应车用动力源的需要,对电堆进行了大负荷长时间运行试验,测定电堆效率,分析其影响因素。     

质子交换膜燃料电池阴极催化剂的研究进展

催化剂的研究对于降低质子交换膜燃料电池（PEMFC）的成本，促进其商业化有极其重要的意义。主要介绍了阴极催化剂的发展情况，并将其分为铂系和非铂系催化剂两大类进行了介绍。     

质子交换膜燃料电池及其数学模型简述

以氢氧质子交换膜燃料电池为例,阐述了燃料电池的工作以及计算燃料电池动力学的基础数学模型。这个模型包括五个基本的控制方程:质量、动量、组分传递、电荷和能量方程以及各物理化学属性之间的关系。     

质子交换膜燃料电池阴极催化剂的研究进展

催化剂的研究对于降低质子交换膜燃料电池(PEMFC)的成本,促进其商业化有极其重要的意义.主要介绍了阴极催化剂的发展情况,并将其分为铂系和非铂系催化剂两大类进行了介绍.     

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的原理及应用

简述了质子交换膜燃料电池的工作原理;质子交换膜燃料电池是最具商业前景的电动汽车用绿色能源,在航天领域、潜艇、电动车、电站等领域具有广泛的应用前途.     

质子交换膜燃料电池电催化剂研究

阻碍PEMFC商业高.提高催化剂的利用率不仅与催化剂的类型有关,电极制备工艺的优劣也对此有较大影响.高性能电催化剂的研究成果在推动了质子交换膜燃料电池快速发展的同时,对优化电极制备工艺也很有现实意义.本文对目前质子交换膜燃料电池的电催化剂和MEA制备技术的最新研究工作进行了分析评述.     

质子交换膜燃料电池启动策略

为了缩短质子交换膜燃料电池启动过程中氢气/空气界面存在的时间并限制电堆启动电压,通过实验研究直接启动、启动前氢气吹扫时间以及启动辅助负载对质子交换膜燃料电池性能影响的差异性,在此基础上提出一种电堆启动时氢气吹扫阳极和启动辅助负载相结合的燃料系统启动控制策略。实验验证了该启动控制策略不仅能限制燃料电池启动时的高电压以及缩短燃料电池启动过程中电堆阳极侧氢气/空气界面的存在时间,还有利于提高单电池的电压均衡性,是一种有效的质子交换膜燃料电池启动控制策略。     

质子交换膜燃料电池流场设计最佳化的反问题求解方法

为寻求最佳的流道高度参数,利用由简化共轭梯度法(反向求解器)和完整的三维、两相、非等温燃料电池数学模型(正向求解器)构成的质子交换膜燃料电池多参数最佳化反问题求解方法,将流道各弯头处高度作为搜寻变量(最佳化对象),以电池输出功率密度的倒数作为目标函数,通过搜寻目标函数最小值,得到了流道各弯头处最佳高度(最优化设计参数值).结果表明,最佳的蛇型流场除出口流道为高度渐扩型外,其余流道均为高度渐缩型,其性能比传统蛇型流场提高了约11.9%.渐缩型的流道强化了肋下对流,可有效移除肋条下方多孔扩散层中的液态水,提高反应气向多孔电极的传递速率,因而改善了电池性能.渐扩型的出口流道可防止过强的肋下对流导致燃料"短路",直接跨过多孔扩散层从电池出口流出造成燃料浪费.     

Electrolyte membranes for intermediate temperature proton exchange membrane fuel cell

An overview of intermediate temperature (100–300 °C) proton conducting membrane electrolyte materials for fuel cells is presented in this review. The fuel cells operated in intermediate temperature range could enhance the electrochemical kinetics, simplify water management, and improve impurities resistance. Polyfluorosulfonic acid polymer membrane represented by Nafion, and non-fluorinated arylene polymer membranes represented by polybenzimidazole are the two most widely polymer electrolyte membranes for intermediate temperature membrane. The structure regulation and fillers addition are two effective ways to maintain the conductivity and mechanical properties of membranes at intermediate temperature. Moreover, heteropolyacids, metal pyrophosphates and inorganic membranes also have attracted widespread attention when they operate at intermediate temperature.     

质子交换膜燃料电池电站系统的设计研究

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)电站系统的设计,根据华南理工大学50kW燃料电池电站的设计参数,计算了供气量,及空气和氢气加湿量,提出了一整套详细的包括供气系统,加湿系统,水热管理系统,安全控制系统在内的燃料电池电站设计方案。     

质子交换膜燃料电池分体式集成电堆

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是电动汽车的最佳候选电源。为提高其效率,研制了一种分体式质子交换膜燃料电池集成电堆。采用外置式Nafion○R115膜加湿器,加湿系统与冷却系统合二为一。在70℃,气体流量小于7L/min时,膜加湿器能为反应气体提供摩尔分数为72%的加湿量,满足了电堆的加湿需求。电堆活性面积为390cm2,在电流密度为2.1A/cm2时,电堆最大功率可超过1.2W/cm2。用电化学分析方法研究了电堆的静态与动态电性能。发现小于1A/cm2的电流密度有利于电堆活化,而电流密度超过1.5A/cm2会使电堆的稳定性变坏。     

质子交换膜燃料电池三维气液两相流数值模拟

质子交换膜燃料电池液态水的生成和传输过程研究,是进行电池水管理的关键。该文基于多相混合流理论,建立了质子交换膜燃料电池三维气液两相流动与传热的数学模型。该模型不仅能模拟燃料电池内部反应气的流动、扩散和化学反应过程,还能模拟液态水的传输和相变过程。应用该模型模拟了电池内液态水的分布及其对燃料电池性能的影响,结果表明液态水主要分布在阴极侧,在大电流密度下,液态水阻碍了氧的扩散过程,导致电池性能下降。模拟结果与实验结果吻合较好。     

质子交换膜燃料电池梯度扩散层水传输研究

为考察梯度扩散层排水能力,通过自制的测试装置测量了梯度扩散层液态水爆破压力和临界相饱和度;通过称重法测量了梯度扩散层液态水的残留量,并对梯度扩散层液态水过水流率和液态水残留量进行了理论计算.结果表明:与均匀扩散层比较,梯度扩散层能提高液态水排水量,降低液态水残留量.理论计算的两种结构梯度扩散层的液态水过水流率比均匀扩散层分别增加了152.82 %和171.85 %,液态水的残留量分别减少了23.73 %和35.42 %;由梯度扩散层组装的燃料电池比普通电池具有更好的性能.     

Experimental measurement of proton conductivity and electronic conductivity of membrane electrode assembly for proton exchange membrane fuel cells

Charge transport processes involving the proton migration and electron transfer for different parts of membrane electrode assemble (MEA) play an essential role for developing the novel electrode and enhancing the electrochemical performance towards proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). However, the coupled charge transport processes make it difficult for evaluating proton conductivity and electronic conductivity of different parts in MEAs under operation conditions of fuel cells. Here in this work, we propose an experiment approach for separating the electronic conductivity and proton conductivity of different components of MEA at the operating conditions of PEMFCs. This approach involves two different measuring devices, which both consist of electron or proton conducting layers, sealing layers and sample layer, followed by tailoring the thickness of sample layers and via electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to quantity the electronic conductivity and proton conductivity of different layers. These experiment results show the great potential in the development of different components of MEA.