质子交换膜燃料电池欧姆阻抗的试验研究

为了解质子交换膜燃料电池(PEMFC)欧姆阻抗的影响因素,用断电法测出了不同工作温度、不同增湿条件、不同进气过量系数、不同工作压力下的欧姆阻抗。试验结果表明,PEMFC欧姆阻抗随工作温度的提高而减小,随进气湿度的增大而减小,受工作压力和进气过量系数的影响较小。欧姆阻抗的明显增大可作为PEMFC质子交换膜变干的判定依据。合理控制工作温度、进气湿度等参数,可以减少欧姆极化损失,提高PEMFC的工作效率。     

质子交换膜燃料电池故障诊断的模式识别方法

针对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)故障诊断,提出了一种基于电化学交流阻抗谱(EIS)的组合模式识别方法,即采用典型频率点的EIS拟合,快速获取EIS并达到抑制低频点"飘散"的效果,以EIS与实轴的两个交点(高频交点和低频交点)作为故障诊断的特征向量值,采用模糊C均值聚类和支持向量机算法分别对样本特征向量、待测特征向量进行聚类和分类.采用已发表文献中的实验数据构造了故障模型并进行了仿真分析,结果表明提出的方法快速、有效.     

质子交换膜燃料电池双极板用金属改性的研究

通过脉冲偏压电弧离子镀工艺,在316L不锈钢表面上沉积出致密的Cr的氮化物梯度薄膜(CrxN).表面改性后的不锈钢双极板界面导电性能良好,在质子交换膜燃料电池电堆的组装力范围内,与Toray碳纸的接触电阻为7.9～11.2 mQ·cm2.双极板的耐腐蚀性能相对于未处理的316L不锈铜基体有了显著的增强:在0.5 mol/L H2SO4 5×10-6mol/L F-的模拟电池环境腐蚀溶液中,室温下改性后双极板的腐蚀电流约为10-7 A/cm2,比基体的小了2个数量级;70℃时在相同的腐蚀环境下,虽然腐蚀电流有所增大,但仍然比不锈钢基体的腐蚀电流小1～2个数量级.改性双极板有很高的表面能,与水的接触角达90°,这有利于电池内部液态水的排出.通过表面改性获得的具有耐蚀-导电-憎水综合性能的金属双极板材料,在质子交换膜燃料电池中有很大的应用潜力.     

阴极相对湿度对质子交换膜燃料电池电化学性能的影响

阴极相对湿度是影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)电化学性能的重要因素之一.通过实验并基于燃料电池反应动力学原理,研究了 6种(25％、40％、55％、70％、85％和100％)阴极相对湿度对PEMFC电化学性能的影响.结果表明:阴极相对湿度对PEMFC电化学性能有重要的影响,在电池工作温度80℃和阳极相对湿度100％...     

质子交换膜燃料电池运行参数的仿真优化

为研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作温度和反应气体工作压力变化对单体输出性能的影响,通过建立PEMFC单体的电化学模型及系统参数模型,利用Matlab软件,以Mark V型燃料电池发动机为实例,研究了工作温度和反应气体工作压力变化对电池单体输出性能的影响.结果表明:(1)工作温度每提高10K,单体的平均电压、平均功率将增加3%,在高温阶段增幅略有下降;(2)提高反应气体工作压力同样有利于提高电池的输出性能,但提高幅度受电池本身的限制,其工作压力一般不超过1MPa;(3)PEMFC还具有较好的瞬时过载能力.     

质子交换膜燃料电池的三维数值模拟

对一种质子交换膜燃料电池进行了整个单电池的三维数值模拟.计算中采用单相等温模型,数值求解用整场离散、整场求解的方法,同时采用已知电流通过Butler-Volmer方程修正过电位获得电池电压的方法模拟电化学动力学过程.数值结果与实验值的对比表明,所采用的单电池计算模型在大部分工况下获得的输出电压与实验值偏差均可控制在10%～20%以内.计算并分析了单电池局部电流密度分布,同时将单电池模型与典型单元模型的计算结果进行了对比,发现两者在电流密度、质量组分的分布上均存在明显的差异,其原因主要在于典型单元边界条件设置所致.该工作将有助于对质子交换膜燃料电池的流动、传质与电化学过程进行进一步的数值研究.     

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.     

两种不同质子交换膜燃料电池性能试验与分析

利用自主开发的100 kW级燃料电池测试平台,对2款车用质子交换膜燃料电池的极化特性曲线、电流密度以及单电池一致性等性能进行了测试,提出了一种评价单电池一致性的方法.研究结果表明,2款质子交换膜燃料电池发动机在上述性能指标上有较大差异;在车载使用条件下,工作压力较高的燃料电池具有更好的环境适应性.     

具有梯度结构扩散层的质子交换膜燃料电池性能研究

为了考察质子交换膜燃料电池气体扩散层孔隙率的梯度变化对扩散层排水、导电、导气以及电池整体性能的影响,在综合考虑电化学反应、水的生成、相变及传输、氧气传输、膜中水传输等因素的基础上,研究了扩散层孔隙率沿厚度方向梯度变化时燃料电池内部的传输现象和电池性能.结果表明,梯度扩散层能够提高液态水和气体的通过能力,从而提高电池的性能,且孔隙率梯度越大排水性能越好.     

质子交换膜燃料电池的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效节能、工作稳定、环境友好的理想发电装置.质子交换膜是PEMFC的核心组成,是一种选择透过性膜,主要起传导质子、分割氧化剂与还原剂的作用.PEMFC用电催化剂主要为铂系电催化剂,为降低成本,提高铂的利用率和开发非铂系催化剂是今后催化剂研究的主要方向之一.文中对PEMFC电极的制备技术和电池的水管理、热管理方法等作了简要介绍.     

Nano-Structured Proton Exchange Membrane for Fuel Cell

Nano-structured materials are characterized by long range ordering of the nano-dimensioned quantum dot units. They have been found to deliver substantially different （electric, optical, magnetic and physical） properties from that of the bulk. The differences are mainly due to the increases of surface charge with large fraction of grain boundaries, and the periodical potential field created by the ordered nano-domains. Specifically, the issues considered in “nano ionics” are the degree of interaction, the charge distribution on the interfaces where they become obvious in ionic properties and thermodynamics such as mobility of charge carriers. Major efforts in this direction are focused on：     

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带载吹扫实验研究

通过实验对质子交换膜燃料电池单电池的停机吹扫过程开展研究。基于带载吹扫的方式研究带载电流、吹扫流量、单电池温度对吹扫的影响。研究结果表明：带载吹扫能有效地降低单电池吹扫时的电压,带载电流越大单电池初始电压越低,且随着吹扫时间的增加电池电压持续降低,可有效避免单电池长时间处于高电位。此外,增大吹扫气体流量、提高电池温度均可提高吹扫的速率,且两者对吹扫速率影响较明显。在实验条件下,阳极进气流量0.34 L/min,阴极进气流量1.32 L/min,带载电流密度0.04 A/cm²,能够同时满足吹扫时间较短、氢气消耗量较少和吹扫时电池电压较低的吹扫目标。     

质子交换膜燃料电池电堆动态热传输模型

基于能量守恒原理建立了电堆的动态热传输模型，比较全面地考虑了影响电堆热传输的因素．仿真结果表明，在不考虑冷却且反应气体输入流量略大于负载电流所需流量情况下，随负载电流的增大电堆温度快速上升；当电堆电流为常数时，随着提高输入气体的流量，电堆温度由不稳定状态逐渐过渡到稳定状态，且稳定值随之下降；另外，当加入冷却系统后，可以充分保证电堆在较理想的温度下运行．模型仿真结果与实验数据能够较好吻合．     

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 …     

PFSI／PTFE复合膜用于质子交换膜燃料电池的研究

通过将全氟磺酸溶液加入到胛FE多孔膜中制备了PFSI／PTFE复合膜。SEM的测试结果显示,已有一层均匀的薄的PFSI膜存在于PTFE多孔膜表面,全氟磺酸树脂已均匀地分布到PTFE多孔膜中。实验证明,复合膜的强度和尺寸稳定性都优于单膜;厚度为40μm的复合膜,其电性能与厚度为60μm的单膜接近,复合膜最低膜厚可达20μm。用价格相对便宜的PTFE来部分代替昂贵的全氟磺酸树脂,可以减少全氟树脂的用量,降低质子交换膜燃料电池的制造成本。