HT-PEM燃料电池性能实验分析

目的研究电池温度、氢气流量和空气流量对高温质子交换膜燃料电池的性能影响.方法通过电化学工作站测试了HT-PEM燃料电池的伏安特性和交流阻抗,利用等效电路法分解得到HT-PEM燃料电池中的欧姆阻抗和法拉第阻抗,分析电池温度、氢气流量和空气流量对燃料电池的伏安特性、欧姆阻抗和法拉第阻抗的影响.结果电池温度、氢气流量和空气流量对高温质子交换膜燃料电池性能有一定影响,温度升高和增大气体流量能够一定程度地提高高温质子交换膜燃料电池的性能.HT-PEM燃料电池的性能不会随着气体流量的增加而一直增加.结论升高温度降低了燃料电池的欧姆阻抗和法拉第阻抗;氢气流量变化和空气流量变化对欧姆阻抗和法拉第阻抗没有明显影响.     

NH_3杂质对HT-PEM燃料电池性能的影响

目的研究氢燃料中存在NH3杂质时对高温质子交换膜燃料电池的影响.方法使用燃料电池测试系统测试了HT-PEM燃料电池的极化曲线和交流阻抗图谱,采用等效电路法获得了HT-PEM燃料电池的等效电路元件,并对被NH3毒化后的电池催化剂层进行了电子显微扫描,分析了氢燃料中NH3质量浓度、电池温度和使用时间对HT-PEM燃料电池性能的影响.结果氢燃料中NH3的存在改变了电池电极电化学反应界面的结构,阻碍了质子的传递,导致电池性能下降,并且被NH3毒化后HT-PEM燃料电池再通入纯净氢气后电池性能仍继续下降.结论氢燃料中的NH3对HT-PEM燃料电池有很强的毒化作用,主要体现在降低了电池电极电化学反应界面,同时,被NH3毒化后HT-PEM燃料电池性能很难恢复,这种损害是不可逆的.     

阳极修饰对微生物燃料电池性能的影响

利用PW12/rGO复合材料负载于碳布表面制得PW12/rGO修饰阳极并构建单室空气阴极微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFC),考察了PW12/rGO修饰阳极对MFC产电和高氯酸盐(ClO4-)还原性能的影响,并通过对阳极表面形态及其电化学特性的分析,探讨了PW12/rGO修饰阳极改善MFC产电性能的机理.结果 表明,当ClO4-浓度为700 mg/L时,PW12/rGO修饰阳极MFC的最大输出电压和ClO4-平均去除速率分别为200.18 mV和1.15 kg/(m3·d),分别是空白阳极MFC的4.4倍和1.06倍;扫描电镜(SEM)表征显示,PW12/rGO修饰阳极表面附着的微生物量远高于空白阳极;Tafel曲线、循环伏安曲线(CV)和交流阻抗谱(EIS)测试表明,PW12/rGO修饰阳极较空白阳极具有更高的交换电流密度、CV电活性面积以及更低的电荷转移电阻.PW12/rGO修饰阳极提高了阳极电子产量和电子传递速率,进而改善了MFC的产电性能.     

操作条件对质子交换膜燃料电池性能的影响

通过测量电池的电流-电压、电流密度-功率和电流密度-时间曲线,研究了温度、压力和尾气排放速度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响,得出了电池较佳的工作条件。实验结果表明：氢气和氧气的较佳工作压力分别为0.03MPa和0.3MPa;在该压力下,电池工作温度为60℃时,电池的最大功率密度可达0.44W/cm²;当尾气排放速度为20mL/min时,电池能够高效、稳定的运行。     

温度和搅拌对微生物燃料电池性能的影响研究

通过改变温度和阳极室搅拌速率等条件运行双室MFC,分析了电池在不同条件下的产电效果、污染去除效率和库仑效率。结果表明:随着温度的增加,MFC的产电效果、阴极液Cu2+的去除率以及阳极液COD降解率越来越差;阳极室的搅拌降低了MFC的产电性能和阴极液Cu2+的去除率,但提高了COD的降解效率。搅拌会降低MFC的库仑效率,搅拌速率越高,库仑效率越低;而温度对库仑效率的影响不大。     

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。     

燃料中CO_2杂质对高温质子交换膜燃料电池性能的影响

目的研究燃料中添加不同浓度的CO2对高温质子交换膜(HT-PEM)燃料电池性能的影响.方法运用燃料电池测试系统对HT-PEM燃料电池的伏安特性和交流阻抗特性进行测试,并采用等效电路分析获得了HT-PEM燃料电池的等效元件,分析了重整燃料H2中CO2含量对HT-PEM燃料电池伏安特性和交流阻抗特性的影响.结果氢燃料中的CO2对HT-PEM燃料电池有一定的毒化作用,主要体现在CO2吸附在催化剂表面,形成了Pt-CO键,降低了电池的开路电压,导致浓差极化加剧.如果通入纯氢气燃料,电池性能可恢复至95.3%水平.结论提高燃料中CO2的含量,燃料电池的法拉第阻抗增大,电池的性能降低;随着温度的升高,电池系统对CO2的容忍度降低;CO2对电池性能的影响可以得到恢复.     

阳极流场结构对直接甲醇燃料电池性能影响研究

直接甲醇燃料电池(DMFC)以其能量密度高、环境友好、结构简单和储存携带方便等优点在便携式产品领域得到广泛关注。流场结构设计是否合理是影响燃料电池输出性能的关键因素之一。本文采用非均衡流场的设计思路,对比了非均衡蛇形流场和均衡蛇形流场的DMFC输出性能。实验结果表明,非均衡蛇形流场结构能够提高DMFC的输出性能,当DMFC水平放置时,非均衡蛇形流场的DMFC峰值功率比均衡蛇形流场的DMFC提高33%左右;均衡蛇形流场的DMFC竖直方式放置时,其输出性能比水平放置时有明显提高,而非均衡蛇形流场的DMFC竖直方式放置时,其输出性能与水平放置时相差不多。     

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.     

H2S含量及流量对燃料电池性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了纳米级Li2SO4+Li2WO4+Al2O3复合质子传导膜,考察了在不同H2S气体含量、体积流量和操作温度下,结构为H2S、(复合MoS2阳极催化剂)/复合质子传导膜/(复合NiO阴极催化剂)、空气的燃料电池的电化学特性,并比较了MoS2与复合MoS2催化剂的性能.结果表明:H2S含量和体积流量增加,提高了阳极侧气体扩散速率和电化学活性组分,使燃料电池的电压、输出电流与功率密度提高,电化学性能变好;即使气体中的H2S含量低达5%(摩尔分数)时,也可作为电池的燃料用来发电;操作温度增加,质子传导膜的电传导率和电化学反应速率增加,电池的输出电流与功率密度提高;复合MoS2催化剂比MoS2催化剂具有更好的性能和化学稳定性;当采用纯H2S作为燃料,复合MoS2作为阳极催化剂,通入阳极和阴极侧的H2S和空气的体积流量分别为35mL/min和100mL/min,操作温度为650、700和750℃时,燃料电池最大输出功率密度分别为12.4、52.9和130.0mW/cm2,最大电流密度分别为45、281和350mA/cm2.     

单室直接微生物燃料电池性能影响因素分析

利用构建的单室微生物燃料电池,进行了阴极板中铁离子浓度、阳极底物、底物浓度及阳极板面积对单室直接微生物燃料电池性能影响的研究.结果表明:在其它条件相同的情况下,随着阴极电极板中Fe3 含量的增加,电池负载输出电压随之提高;不同底物的阳极反应,随着产生的电子和质子数的提高,电量随之增大;输出电压亦随底物浓度的增加而提高,但底物葡萄糖的浓度饱和值为0.72g/L;增加阳极板数量加大阳极比表面积,更多的微生物吸附在阳极电极上传递电子,电池输出电压与阳极板数量不成倍数关系.此研究为单室微生物燃料电池的应用提供了理论依据.     

光催化材料对微生物燃料电池的影响

微生物燃料电池是微生物-电化学装置,利用产电菌氧化有机物,将化学能转化为电能,在开发新能源和污染物处理方面具有巨大潜力.光催化微生物燃料电池利用半导体材料作为光电极,将光能引入到微生物燃料电池中,能够同步利用太阳能并且提高微生物燃料电池的产电效率.总结了国内外微生物燃料电池体系中半导体材料作为光电极的研究,对光催化微生物燃料电池的机理、生物电极与光电极的协同作用、产电性能以及污染物去除方面进行总结,并对其推广应用进行展望.     

膜电极热压条件对直接甲醇燃料电池性能影响的研究

该研究以Nafion 115为质子交换膜,利用热压法制备膜电极（MEA）,对直接甲醇燃料电池进行了性能测试。实验结果表明,不同的热压温度及压力下制备的膜电极在单电池性能测试中表现出不同的极化曲线性能,优化膜电极制备温度及压力可有效地改善直接甲醇燃料电池的性能。     

进气扇区调整对双向进气再入式涡轮性能的影响

为探究结构调整对双向进气再入式涡轮内部流动和总体性能的影响,对再入式涡轮两个进气扇区的周向相对位置和第二级进气扇区内部静叶的安装角进行调整.通过三维数值计算方法,对调整后的各方案进行数值研究和分析.结果表明:随着两个进气扇区周向相对位置的增加,再入管道周向尺寸随之增加,燃气流经再入管道的总压损失增大,总静效率最多减小0.41%.第二级进气扇区静叶安装角的调整显著改善了动叶流道的流动状态,第二级进气扇区静叶安装角增加6°时,再入涡轮总静效率较原型提升了1.03%.     

主动进气格栅对汽车性能的影响

对3辆样车分别进行有主动进气格栅和无主动进气格栅2个状态下的滑行试验,模拟出实际道路上的阻力情况.从试验得出的滑行数据和滑行阻力曲线分析可知,主动进气格栅能够有效降低整车阻力,随着车速增加效果越来越明显.针对传统燃油汽车,将阻力曲线系数输入到底盘测功机上模拟实际道路阻力情况,得出汽车的燃料消耗量的对比数据.数据分析显示,主动进气格栅能够有效降低传统汽车燃油消耗量,提升整车的燃油经济性.同样,针对纯电动汽车,将阻力曲线系数输入到底盘测功机上模拟实际道路阻力情况,得出续驶里程的对比数据.数据分析显示,主动进气格栅能够有效延长纯电动汽车的续航里程.     

底物对微生物燃料电池产电性能的影响

在自行构建的"H"型双室微生物燃料电池(MFC)中,以湖南省吉首市大田湾污水处理厂曝气池中的污泥为接种污泥,以可溶性淀粉和白糊精为底物,考察不同底物及其质量浓度对MFC获得稳定开路电压所需时间、启动时间、电动势、内阻及功率密度等性能的影响.实验结果显示,在同样的条件下,以白糊精为底物的MFC启动快、内阻小、功率密度较小,而以可溶性为底物的MFC启动慢、内阻大、功率密度大;底物质量浓度低于6g/L时,以可溶性淀粉为底物的MFC达到稳定开路电压的时间随质量浓度增大而增加,底物质量浓度低于8g/L时,以白糊精为底物的MFC达到稳定开路电压的时间随质量浓度增大而增加.由于底物抑制效应,质量浓度较高时,随着底物质量浓度的增加.MFC达到稳定开路电压所需的时间反而减少.     

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.     

微生物燃料电池阳极碳材料对垃圾渗滤液COD检测性能的影响

分别以碳毡(CF)、碳刷(CB)和碳布(CC)作为阳极材料构建了3组双室型微生物燃料电池(MFC)传感器：MFC-CF、MFC-CB和MFC-CC,考察了这3种阳极材料对MFC传感器电化学性能的影响,结果表明：MFC-CF的电化学性能最好,其最大输出电压为600.44 mV,分别是MFC-CB和MFC-CC的1.29倍和1.55倍;MFC-CF的最大输出功率密度为265.95 mW/m²,显著高于MFC-CB(167.54 mW/m²)和MFC-CC(123.13 mW/m²)。分别以最大输出电压和累计电荷量为检测信号考察了3组MFC传感器对垃圾渗滤液COD的检测性能,结果显示：3组MFC传感器的有效检测范围均为10～500 mg/L;MFC-CF的检测灵敏度为1.038 mV·L/mg和0.015 C·L/mg,显著高于MFC-CB和MFC-CC;3组MFC传感器对垃圾渗滤液COD检测时均表现出良好的准确性,最大相对误差分别为11.20%(以最大输出电压为检测信号)和15.75%(以累计电荷量为检测信号)。     

操作参数耦合对质子交换膜燃料电池性能影响的模拟研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)不受卡诺循环限制,能量转换效率高,被认为是最有潜力的绿色能源转换装置之一。为了最大程度地发挥燃料电池运行时的潜能,对操作参数控制的优化和研究变得至关重要。使用ANSYS/FLUENT建立了一个采用多平行蛇形流道的三维质子交换膜单体模型,开展不同操作压力(101.325、202.65、303.975 kPa)、进口温度(300、330 K)和散热率[5、40、60 W/(m~2·K)]下的性能变化模拟计算,分析不同操作参数及各参数耦合对燃料电池性能的影响。研究结果表明:各操作参数对燃料电池电流密度和温度的变化和分布情况均有显著影响;燃料电池性能在一定程度上随着散热率、操作压力及其进口温度的增加而升高,随工作电压的增加而下降;当工作电压为0.9 V时,电压对燃料电池性能的影响占据支配地位;当电压为0.5 V、散热率为60 W/(m~2·K)、操作压力为303.975 kPa时,电流密度最大,达到0.81 A/m~2。     

煤焦酸法脱灰对直接碳燃料电池性能的影响研究

煤焦是直接碳固体氧化物燃料电池(direct carbon solid oxide fuel cells,DC-SOFCs)的一种潜在碳燃料。煤焦所含的灰分是影响其燃料适用性的重要因素之一。文章利用氢氟酸(HF)和盐酸(HCl)的混合酸(HCl+HF)对煤焦样品进行了脱灰处理。以经HF或HCl处理的单酸脱灰煤焦作为对照样。以混酸脱灰样品为主要研究对象,对其物相结构、微观形貌、化学官能团等理化性质进行了表征。利用二氧化碳程序升温氧化法研究了样品的逆Boudouard反应性能及脱灰处理对以煤焦为燃料的DC-SOFCs电化学性能的影响。结果表明:混酸脱灰煤焦的硅铝灰分含量显著减少,逆Boudouard反应起始温度降低了42℃;以混酸脱灰煤焦为燃料的DC-SOFCs在850℃的最大功率输出是110 mW·cm~(-2),较煤焦原样提高了64.2%;燃料的电化学转化率是煤焦原样的1.23倍。