环境条件对质子交换膜燃料电池性能的影响

研究了不同环境温度、湿度条件下小功率质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆的性能，结果表明：环境温度、湿度对PEMFC堆的性能有很大影响，随着相对湿度的增加，PEMFC堆的最大输出功率显著提高；当相对湿度小于30％或者当环境温度降至10℃(2以下时，PEMPC的性能严重下降。     

质子交换膜燃料电池性能及催化剂表征

设计并组装了燃料电池寿命测试系统，对单个质子交换膜燃料电池(单电池)进行了各种寿命测试．在单电池运行过程中记录电池的工作曲线及性能曲线．了解电池的性能变化及运行状况．通过XRD、TEM和SEM等手段对运行时间为200，500，700，l000和2000的三合一膜电极(MEA)中的阴、阳极催化剂分别进行了表征，获得催化剂晶态、表面形态及颗粒大小等变化信息．考察催化剂晶胞参数、颗粒大小等变化对电池寿命及性能的影响．     

影响车用质子交换膜燃料电池性能的诸因素分析及试验

通过对质子交换膜燃料电池进行理论建模和试验,分析了反应气体压力、电堆温度和增湿温度对燃料电池输出电压的影响,在PEMFC允许的工作参数范围内,这3个因素增加均可使电池输出电压上升.同时通过燃料电池系统的性能试验验证了仿真结果的正确性.燃料电池的高负荷持续工作特性测试表明其符合作为车用动力源高负载长时间运转的要求.测定了不同气体压力下燃料电池的效率,分析了燃料电池的输出功率与其效率之间的变化关系,讨论了燃料电池作为车用动力源时的能量效率,为车用质子交换膜燃料电池的使用与控制以便发挥其最佳性能提供参考.     

Ca2+对质子交换膜燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)长期运行过程中,其部件因损伤产生的杂质金属离子对燃料电池的电化学性能有重要影响。模拟PEMFC中Ca2+污染燃料电池工况,研究了Ca2+对PEMFC电化学性能的影响。实验结果表明:随着污染时间的增加,燃料电池性能逐渐衰减,当污染时间超过9 h,电池电压急剧降低;在高电流密度区(电流密度>400 mA/cm2),电压衰减最明显。在500 mA/cm2电流密度下恒电流放电2 h后,电压降低了41%。Ca2+的存在及其积累对质子交换膜燃料电池有明显的毒化作用。     

流道截面形状对质子交换膜燃料电池性能的影响

流道的截面形状对质子交换膜燃料电池的性能有较大影响.基于流体力学计算方法搭建了三维质子交换膜燃料电池单电池模型,通过比较不同流道横截面形状、调整流道与气体扩散层接触面积的方式对模型进行数值模拟分析.结果表明:三角形和圆形流道生成的电流密度较大,燕尾形流道电流密度分布均匀性最好;燕尾形和圆形流道有最佳的水气分布均匀性.     

质子交换膜燃料电池分布参数模型数值仿真研究进展

对比了3类质子交换膜燃料电池数学模型(分布参数模型、集总参数模型和混合参数模型)的特点及应用范围,从相关的守恒方程及数值计算方法、重要参数的数值特征、研究内容、仿真区域和模型验证等方面总结了分布参数模型的研究进展.     

阳极封闭式质子交换膜燃料电池性能稳定性分析

保证阳极封闭式质子交换膜燃料电池性能的稳定性是其面临的主要问题,阳极流道的水累积是导致其性能不稳定的关键因素之一。根据电池中水传递机理、沿程损失等分析水累积引起电池性能不稳定的原因,从原理上评价了周期性排气法和周期性排气与脉动技术结合的方法对提高电池性能稳定性及避免阳极流道水累积等有效性,通过实验考察了两种方法对改善电池性能的效果,结果表明两种方法都可以改善电池性能的稳定性,在同样操作条件下第2种方法由于引入脉动氢,效果更好,周期性排气频率降低为原来的1/10,电池的电流密度增加了8.4%。通过计算得出,在一个公共排气周期,第2种方法氢气的排放量仅为第1种的12.3%。     

阴极压力对质子交换膜燃料电池输出性能的影响

活化极化是由电极电化学反应造成的电压损失,对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)的输出性能有重要影响。分析了PEMFC的工作原理和活化极化性能,建立了活化极化数学模型;同时针对6种不同阴极压力(30、40、50、60、70、80 kPa)下的PEMFC极化曲线进行了MATLAB仿真和实验测试,在此基础上得出了阴极压力对PEMFC活化极化电压、输出功率、开路电压以及电化学效率的影响规律。仿真和实验结果表明,增大阴极压力可明显减小活化极化,提高PEMFC输出电压;在电池工作温度为60℃,阳极压力为60 kPa时,随着阴极压力的增加,PEMFC输出电压呈现先增大后减小的变化趋势,当阴极压力为70 kPa时,PEMFC输出功率最大,同时电化学效率最高。     

质子交换膜燃料电池性能影响因素的数值分析

为研究交指流场质子交换膜燃料电池的输出性能,分析影响其性能的因素,寻找改善其性能的可行措施,探讨了使用交指流场流道的必要性和优越性,建立了包括质子交换膜燃料电池阴极/阳极侧流道、扩散层和催化层以及质子交换膜在内的完整的稳态、三维、两相数学模型.基于计算流体力学方法,用该模型对交指流场质子交换膜燃料电池的全流场进行了统一的数值计算以模拟其输出性能,分析了流场流型、氧化剂种类、反应气体进气速度、质子交换膜厚度和双极板筋宽对质子交换膜燃料电池输出性能的影响,确定了提高质子交换膜燃料电池输出性能的一些方法.将理论模型的模拟计算结果与实验结果进行比较,两者较为吻合.     

波形流道增强质子交换膜燃料电池性能

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能和耐久性受到燃料的输送和水管理等的限制,流道对PEMFC的质量传输起着至关重要的作用。该文设计了一个三维波形流道,建立了与实验条件一致的单根直流道模型,对比研究了直流道和波形流道对PEMFC性能提升的机理,分析了两种流道内氧气、液态水、速度以及电流密度分布。研究结果表明:在较高电流密度下,三维波形流道强化了狭窄通道部分氧气向催化层的传输,提高了氧气的供应,有效地去除了流道内的液态水,使峰值功率密度提高了10.16%。     

PEMFC流场的数学模拟

质子交换膜燃料电池（PEMFC）流场是影响其电池性能的重要因素．建立了针对PEMFC流场分析的数学模型，并对5种常见形式的流场进行了模拟计算，考察了其中气体流速及电流密度等物理量的分布情况．模拟结果显示，流场形式对电流密度分布影响很大，适当拉近上游和下游流场之间的距离可以促进电流密度的均匀分布．所建方法可以用来评价流场，对流场形式的设计有指导作用。     

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.     

PEMFC内薄膜温度传感器动态特性的数值模拟

通过数值模拟和系统辨识建模,研究了质子交换膜燃料电池（PEMFC）薄膜温度传感器的动态特性,并根据传感器在PEMFC中的位置,建立了传感器的一维瞬态传热模型。采用COMSOL软件的仿真和系统辨识方法,得到了系统动态数学模型、动态性能指标和动态误差。对于绝缘层厚度为1、2、3、5、10 μm的薄膜温度传感器,确定了其工作频带、延迟时间、上升时间及动态误差峰值等指标参数,并且通过实验手段制作和校准了一个薄膜温度传感器。结果表明,随着绝缘层厚度的增加,传感器的动态性能降低。提出通过模型仿真来判断PEMFC内温度传感器能否满足动态测温要求,这将有助于PEMFC内部瞬态温度的实验研究,也可为传感器的参数选择和结构设计提供参考。     

WC对质子交换膜燃料电池催化剂性能的影响研究

研究了WC对Pt类质子交换膜燃料电池催化剂性能的影响,采用还原煅烧方法制备得到WC混合物,将其加入常规Pt/C催化剂中,利用循环伏安作为表征方法,将加入前后的催化性能进行比较.结果显示,随着WC混合物的加入,催化剂在酸性介质中的性能得到有效改善;在甲醇溶液中的氢氧催化反应的受抑制情况得到缓解,且交换电流密度增大.     

质子交换膜燃料电池的研究与应用

在能源和环境危机的今天,质子交换膜燃料电池由于其特点和优势有着更多的发展前景。文章在介绍质子交换膜燃料电池在各领域应用和发展现状的同时,也从电池材料和制造技术、成本、氢能源等几个方面进行了分析,阐述了质子交换膜燃料电池发展中面临和要解决的一系列问题。     

基于非匹配的质子交换膜燃料电池电堆的性能控制

质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的温度系统是一类存在非匹配摄动和外干扰的多输入多输出非线性系统,且工作温度对电池的输出性能有较大的影响.为削弱此负面影响,采用输入输出线性化方法与变结构控制相结合的智能控制方法.仿真试验结果表明,温度对参数摄动和负荷干扰具有很强的鲁棒性,动态特性好,渐近稳定;温度得到稳定控制之后,设计衰减整定PID参数的常规控制器可较好地改善电池的输出性能.     

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．     

PEMFC中液态水沿程分布的机理研究

通过分析流道和扩散层中的压力损失,并根据理想气体状态方程,得出了沿流道方向气体总压力以及水蒸气分压力沿程分布的表达式.根据液滴生成的机理分析,得出了PEMFC阴、阳两极扩散层中液态水沿程分布的表达式.结果表明:阳极中一般很难有水生成;阴极中加湿度越大,进口压力越大,过量系数越小,液体出现的位置离进口越近,且同一位置液态水的生成速率越大,当阴极气体完全加湿时,液态水的生成速率仅与其到进口的距离、电流密度、膜中水传输系数以及流道的宽度有关,而受流道的高度、过量系数、进口压力以及温度等影响较小.     

基于快速EIS方法和PEMFC模型的故障分类研究

建立了半机理半经验的PEMFC动态模型,可使用模型仿真燃料电池的膜干和水淹故障.进一步地,通过对模型施加合成正弦扰动信号,应用全相位FFT的方法识别并区分了两种故障.在研究过程中,对比了基于最小二乘法和全相位FFT快速EIS方法的仿真结果,证实了快速方法的可行性.另外,通过对比在模型的快速EIS方法和实验的方法下得到的正常和两种不同故障下的Nyquist图和Bode图,验证了基于模型仿真和快速EIS方法的仿真结果的正确性.从而初步达到了故障识别和分类的目的,为基于模型的诊断方法提供了一定的借鉴.