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.     

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。     

基于压力速度耦合算法的PEMFC电堆空气分布

利用燃料电池流道简化方法和压力速度耦合算法,研究了U形和Z形2种结构的电堆空气分布,以及歧管宽度和燃料电池单体数量对空气分布的影响.结果表明:由于U形和Z形结构的歧管出口压力分布不同,导致2种结构的空气分布不同,Z形结构的空气分布要比U形结构好;歧管尺寸增大时,空气分布的均匀性得到了明显改善,当空气分布差异不大时,再增...     

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.     

质子交换膜燃料电池（PEMFC）的原理及应用

阐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。     

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.     

质子交换膜燃料电池用气体扩散层——碳纤维纸的制备

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作原理，并通过分析气体扩散层材料的性能要求，设计了一条制备高性能碳纤维纸的技术路线。对制得的碳纸样品进行了显微结构和基本性能的表征，同时还将它应用于PEMFC的单电池中进行综合性能的测试，测试结果表明，按照这种技术路线制得的碳纤维纸在性能上基本能满足PEMFC的使用要求。     

扩散层孔隙率对平行流场 PEMFC 性能影响研究

为了研究扩散层孔隙率对质子交换膜燃料电池的性能影响,采用计算流体动力学商业软件 ANSYS Fluent在不同扩散层孔隙率(0. 3、0. 5、0. 7)的条件下,对传统平行流场和斜坡平行流场的性能曲线、气体浓度分布、液态 水分布进行数值模拟分析;结果表明:在高电位下各案例对应的性能差异较小,在中低电位性能差异较大,随着扩散层孔隙率越大,质子交换膜燃料电池性能越好,且孔隙率在 0. 3~ 0. 5 时电流密度增长率最大,最大可达 9. 03%;当扩散层孔隙率较高时,有利于反应气体穿过扩散层,使得催化层氧气浓度增大,促进了燃料电池内部的电化学反应;随着扩散层孔隙的增大,能够更有效地促进反应气体的传输,流道内水含量越高,越有利于液态水的排出;相比传统平行流场,斜坡平行流场电池性能更好,氧气分布更均匀,流道中气体流速更大,排水效果更好,且孔隙率为0. 7 时电流密度增长率最大,最大可达 28. 79%。     

亲水PTFE增强SPEEK复合膜制备及其在PEMFC中应用

以多孔聚四氟乙烯(PTFE)为基底层和支撑层,制备了PTFE增强的磺化聚醚醚酮(SPEEK)复合膜,并将其成功应用于氢氧质子交换膜燃料电池(PEMFC)中.为了提高磺化聚醚醚酮与多孔聚四氟乙烯之间的结合状态,本实验使用萘钠溶液对PTFE进行了亲水处理(简写为trPTFE).实验结果表明,经亲水处理后的trPTFE与SPEEK间的结合性大大提高,且SPEEK更容易浸入到trPTFE基底层中.由于trPTFE的增强作用,复合膜显示出更优异的机械性能,因此可以使用更薄的膜进行燃料电池评价,从而使单电池表现出更好的输出性能.     

PEMFC电催化剂利用率研究方法的探讨

提高电催化剂的利用率以降低质子交换膜燃料电池(PEMFC)的成本，是加速其商业化的一个重要途径。文中讨论了现有的CV法在研究PEMFC电催化剂利用率时存在的一些问题，如CV法扫描速度的影响及Pt理论比表面积难于准确确定等，为了较好地解决这一问题，提出了一种以单位质量电催化剂产生电池功率或电能来表示膜电极中电催化剂利用率的方法。     

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.     

质子交换膜燃料电池停机后吹扫仿真

基于单电池内部水相变和传递的机理建立了燃料电池一维吹扫水传递模型,研究了空气同时吹扫阴阳极方法中电池温度、吹扫气体流量对吹扫的影响,并且对比了氢气和氧气分别作为阳极吹扫气体对吹扫效果的影响.仿真结果表明:吹扫初始时刻存在水从阴极到阳极的反扩散现象;电池温度对吹扫的影响程度大于流量对吹扫的影响程度,并且温度越高,膜含水量减少越快;空气吹扫阳极气体既节能又省时.     

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.     

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.     

基于真实孔隙结构的质子交换膜燃料电池氢空吹扫研究

停机吹扫是提高燃料电池低温启动成功率的重要方法,为此建立了质子交换膜燃料电池（PEMFC）二维瞬态模型,重点研究氢空吹扫策略下PEMFC的停机吹扫过程。基于蒙特卡洛算法构建气体扩散层（GDL）真实孔隙结构、PEMFC各个守恒方程、离聚物气相转移相关方程,用于研究不同吹扫气体湿度对吹扫速度、吹扫结束后膜结合水含量的影响,以及GDL真实孔隙结构对停机吹扫阶段GDL内部传质现象的影响规律。研究结果表明：吹扫气体湿度的降低能够有效地促进停机吹扫过程中膜结合水的气相转移,从而使最终水含量降低;真实孔隙结构能够更加真实的解释停机吹扫过程中水气传质规律。     

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。     

PEMFC电堆加速老化测试及性能恢复现象分析

对自制kW级的质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆在车载工况下进行了加速老化测试(ADT).结合极化曲线、交流阻抗谱(EIS)及电压-时间曲线考察了PEMFC的性能变化.通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对试验前后的膜电极进行非现场表征对比分析,解释PEMFC性能衰退的原因.结果表明:603h车载工况加速老化试验后,电堆最大功率下降21.6%,同时电堆在休整之后存在明显的性能恢复现象;常相位角元件值和法拉第阻抗值在电堆休整后减小,说明催化剂活性有所恢复,电堆内部水热环境在冷机启动后达到较理想状态.     

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.