基于温度条件下PEM燃料电池的动态特性

目的研究温度变化对PEM燃料电池动态特性的影响,分别比较不同加湿温度和电池温度下PEM燃料电池的动态特性,找到最佳加湿温度和电池温度.方法通过测试PEM燃料电池的伏安特性和交流阻抗,采用等效电路法研究燃料电池中的欧姆阻抗和法拉第阻抗,分析电池温度和加湿温度对燃料电池的伏安特性,欧姆阻抗和法拉第阻抗的影响.结果实验得出电池温度和加湿温度不同对PEM燃料电池的影响不同;不同的电池温度和加湿温度对电池的电阻变化影响不同.结论当加湿温度低于电池温度10K时,电池性能最好,欧姆阻抗和法拉第阻抗最低;因此实验结果对PEM燃料电池性能的优化具有重要意义.     

质子交换膜燃料电池氢气渗透电流及电子电阻检测方法

该文根据燃料电池在线性电位扫描下的响应特征,建立了等效电路模型,以区分电池内部的电化学过程,包括氢脱附、双电层电容充电、电子内部短路以及氢气渗透。基于该模型,改善了线性电位扫描的分析方法,消除了扫描速率对结果的影响,并解析得到了氢气渗透电流和电子电阻。根据模型假设,详细阐述了恒电流扫描测量氢气渗透电流和电子电阻的分析方法。在一个34cm~2的单体电池上应用两种方法进行测量对比,结果表明:线性电位扫描得到的氢气渗透电流为1.19mA·cm~(-2),电子电阻为479Ω·cm~2;恒电流方法得到的氢气渗透电流为1.25mA·cm~(-2),电子电阻为413Ω·cm~2。该模型可用于分析燃料电池各种电化学测量过程,线性电位扫描方法和恒电流方法为燃料电池不同场合的测量和分析提供了参考。     

基于ANSYS的PEM单电池组装应力分析

采用ANSYS软件对质子交换膜燃料单电池装配进行有限元分析.分析了300、400、500、600 N等不同大小的载荷对装配的影响,对比了这4种载荷下燃料电池堆的核心部件膜电极组件的变形情况及应力分布情况,得出燃料电池单电池的最佳装配压力为400 N.该结果可为燃料电池堆的组装提供较好的参考依据.     

混凝土结构层间力学性能的电学表征

以由碳纤维布作为界面层的混凝土及碳纤维混凝土为例,根据混凝土层间接触电阻的变化,对剪切荷载及弯曲荷载作用下的混凝土界面粘接性能及剪切强度进行电学参数变化实验.实验结果表明:素混凝土层间接触电阻随着层间粘接松动而增大,当发生粘接破坏时,则急剧增大;碳纤维混凝土层间接触电阻随着剪切强度的增大而增大,发生剪切破坏时,则急剧增大;碳纤维混凝土层间接触电阻的敏感性比素混凝土层间接触电阻对界面粘接及剪应力的敏感性要好,低应力作用下,碳纤维混凝土层间接触电阻随应力明显变化.     

基于多场耦合模型质子交换膜燃料电池性能影响因素的分析与优化

基于有限元理论,建立质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的多物理场模型,利用UDF编程方法实现了ANSYS和FLUENT的联合仿真,考虑装配压力、接触电阻、电池工作温、湿度等参数,分析了各参数对燃料电池性能的影响,并优化参数使PEMFC性能提高13.4%,对今后PEMFC电化学性能优化具有一定的指导意义.     

固体氧化物燃料电池数值仿真模型的建立

基于COMSOL Multi-physics 5.3a仿真平台,建立三维模型对固体氧化燃料电池进行数值计算。考虑板式固体氧化物燃料电池单体内部的气体流动、组分质量分数、电化学反应过程,研究不同工况下的气体分布、电流密度和极化情况,分析电池长度、工作温度、进气成分对固体氧化物燃料电池工作性能的影响。研究结果表明:固体氧化物燃料电池入口处气体质量分数较大,电化学反应速率也较快;在高电流密度下,入口氧气的质量分数会显著影响电池性能,而在低电流密度下,氧气质量分数不是影响电池电压的主要因素;当电池工作温度升高时,电池内部很多参数会发生变化。     

改进的6σ设计的螺旋锥齿轮加工参数反调修正方法

针对螺旋锥齿轮传统加工参数反调过程中存在的多个加工参数之间的耦合作用难以控制、求解的反调量无实际意义等问题,提出了改进的6σ设计的螺旋锥齿轮加工参数反调修正计算方法。该方法考虑精确齿面几何形貌与齿面接触性能的协调优化,建立了螺旋锥齿轮形性协同制造的多目标反调优化(MOO)模型,计算了接触点位置处齿面误差对加工参数的敏感性系数;根据敏感性系数求得对齿面误差影响较大的加工参数的反调修正量;利用加工参数反调量,通过加载接触分析(LTCA)计算得到齿面加载接触性能评价项,减少了多个加工参数之间不必要的耦合作用对齿面接触性能的影响。计算结果表明:与不考虑敏感性系数的参数反调方法相比,该方法求解的齿面ease-off的最大值和最小值均至少减小2μm,且齿面接触性能评价项都满足给定的要求,进一步证明了该方法的可靠性与实用性。     

硒薄膜太阳电池串联电阻

导出半导体太阳电池串联电阻计算公式,凭据串联电阻值判别电池背接触电阻的大小。指出:在铋、金、镍三种材料中,铋与硒的接触电阻较小。文章还对串联电阻的计算和在实验中调整电池硒层厚度的问题作了讨论。     

燃料电池城市客车性能的数值分析

结合电动机转矩特性的特点,采用数值分析方法计算燃料电池城市客车的动力性,比作图法准确、计算量小.介绍的燃料电池城市客车的动力性和燃料经济性数值分析方法,为燃料电池汽车的设计开发和驱动系统配置型式的优化建模提供参考.     

电磁轨道炮内弹道接触电阻分析

为了研究电磁轨道炮电枢和轨道之间的接触阻抗变化,本文通过建立U型电枢和简单轨道间的磁扩散模型,根据麦克斯韦方程组计算电枢和轨道间的接触压力与电磁推力。在考虑接触形式、接触压力的影响下根据霍姆电接触模型计算电枢运动过程中的接触电阻变化,并通过对电枢的动力学分析引入速度趋肤效应引起的附加接触电阻变化。采用Comsol Multiphysic有限元分析软件对电枢进行力学分析,然后通过该软件与MATLAB联合编程得到在电枢运动过程中接触电阻的变化曲线。发现接触阻抗的变化值为0.22～4.5 mΩ,并且电枢速度对其变化的影响较大。     

基于轴向热路模型的架空地线与预绞丝接触端面接触电阻的计算

作为衡量电接触性能的重要参数,接触电阻的大小直接关系到电气设备的运行状况。目前主要采用离线的实验测量手段对接触电阻进行测量,测量结果与实际运行状态存在一定的差异;文中提出了一种基于轴向热路模型的接触端面接触电阻的计算方法。首先,以架空地线与预绞丝接触端口为研究对象构建轴向热路模型,其中模型的热参数采用遗传算法获得;然后结合GJ-50架空地线的实例计算结果,讨论分析了模型热参数和接触电阻的变化规律。研究结果表明:利用文中所提出的方法,可以准确得到接触端面暂态温升过程中不同温度对应的交流接触电阻,并且稳态温度下接触电阻随着加载电流的增加而减小,但不受时间计算步长的影响;该计算方法的准确性很高,接触电阻的实验测量结果和计算结果最大误差不超过9%;接触电阻与温度的关系采用Paulke等提出的公式表示时计算结果更为准确。     

金属支撑固体氧化物燃料电池阻抗谱动态分析

采用悬浮等离子喷涂工艺制造金属支撑固体氧化物燃料电池(SOFC),阴极为SSCo-SDC(质量分数比为75%:25%),电解质为SDC,阳极为NiO-SDC(质量分数比为70%:30%),支撑体为多孔Hastelloy X合金.在450～600℃下,对极化电阻、欧姆电阻、本体电阻与界面接触电阻分别进行了静态分析,分析结果显示接触电阻对欧姆极化损失的影响较大.电池经受3次慢速热循环(3℃/min)和12次快速热循环(60℃/min),并记录600℃时动态阻抗谱和开路电压.基于对欧姆电阻和极化电阻的动态分析,给出了金属支撑SOFC可能的降解机理.动态分析结果也显示,金属支撑体的抗氧化性在金属支撑SOFC稳定性中发挥重要作用.     

电池堆中电压衰减最快电池的仿真和试验研究

为研究燃料电池堆中衰减最快单电池的性能,提出了阳极相对湿度影响下(anode relative humidity,ARH)的模型.建立了几何模型和计算网格,并将ARH模型嵌入计算流体动力学软件进行仿真.搭建了一个燃料电池堆测试系统并进行测试.对仿真结果和试验结果进行对比.结果表明:在试验条件下,距离进气口最远的单电池电压衰减最快,性能最差;相比Fluent原模型,ARH模型预测下的极化曲线能更好地与试验结果吻合,当相对湿度为100%时,ARH模型计算值与试验值误差降到3%,比Fluent模型能更精确地预测试验结果.     

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．     

碱性阴离子交换膜燃料电池实验及数值模拟

针对碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)水管理开展了实验及数值模拟工作,使用Tokuyama A201膜制备并组装了实验室规模的AEMFC单电池,建立了一个基于质量守恒、组分守恒及电荷守恒的碱性阴离子交换膜燃料电池二维稳态等温模型,用于研究电池性能及内部水传输机理。通过模型计算分析电池性能及内部水传输和水分布情况,结果表明:计算预测得到的特定参数下的极化曲线趋势与单电池测试的数据吻合良好;电流密度增加会增大水从阳极到阴极的净通量,有利于阴极反应的进行;电池两极均需进气加湿,提高阳极进气湿度可以加快水从阳极到阴极的净迁移,在较高电流密度下阴极进气湿度过低对电池性能影响较大。     

基于ANSYS的荷载工况对轮轨接触阻抗的影响

高速铁路站内绝缘节烧损事故时有发生，轮轨接触电阻是引起轮轨电弧造成绝缘节烧损的重要指标，因此准确计算接触电阻是分析绝缘节烧损问题的重要基础，接触电阻的大小主要取决于轮轨接触斑点的面积。对此，通过有限元分析软件ANSYS计算不同荷载工况下轮轨接触面积，分析列车轴重和偏移量对接触电阻的影响规律。结果表明，轴重从9 t增加到27 t时，轮轨接触电阻减小近36.2%；横移量增大10 mm时，轮轨接触电阻减小18.9%。轮轨接触电阻的变化随着轴重和轮轨横移量的增加呈现相同变化趋势。     

车用燃料电池效率测试及影响因素

燃料电池具有效率高、运行时无污染的特点,成为新能源汽车的首选动力源。为了更好地利用其能量转换效率高的特点,需要考察燃料电池的效率随工作条件变化的特性。本文根据车用燃料电池的工作原理,以某国产500 W氢/空燃料电池为核心,构建测试平台,建立了燃料电池效率的测试计算方法。通过试验得到的结果表明:反应气压力对电池的效率影响较显著。电池效率在最大工作功率的30%以前随功率的增加而快速增大,达到最大效率点以后随着功率的继续增加效率缓慢下降,在达到最大工作功率的约70%～80%以后,下降梯度略有增大。在最大效率点之前,燃料电池效率随反应气体压力的增加而显著增大;在最大效率点之后随着电池输出功率的增加,反应气体压力对电池效率的影响逐渐减小。测试结果还表明,电池温度和反应气增湿温度对燃料电池效率影响较小。讨论了提高车用燃料电池系统能源效率的途径。     

局部焦耳热法降低石墨烯接触电阻的试验研究

局部焦耳热法可简单、有效地降低石墨烯与金属电极的接触电阻,用于改善基于石墨烯纳米器件的性能。本文利用介电电泳方法在金属电极间隙组装石墨烯,制备石墨烯纳米器件原型。组装后石墨烯的接触电阻较高,采用局部焦耳热法降低石墨烯的接触电阻。利用正交试验设计和极差、方差分析,研究局部焦耳热试验中交变电压幅值、电压频率以及通电时间对石墨烯接触电阻的影响。通过分析得出交变电压幅值是主要影响因素,为通电产生局部焦耳热降低石墨烯接触电阻的实际应用提供指导。     

质子交换膜(PEM)燃料电池变载过程动态模型

该文通过建立等效电路模型研究质子交换膜(PEM)燃料电池动态变载过程的电压响应。将电池内部发电过程等效为电压源,将电池内部的活化极化损失、Ohm极化损失和浓差极化损失分别等效为活化损失电阻、Ohm损失电阻和浓差损失电阻。建立数学模型,利用Matlab对燃料电池的变载过程的电压动态响应进行模拟仿真,并将仿真结果与单片电池试验结果进行了对比。结果表明:模型计算结果与试验结果有较好的吻合,验证了模型的准确性和可行性。利用该模型进行了大幅度变载过程电压响应预测,观察到了加载过程电压的下冲现象和电压的反极现象。该模型可用于PEM燃料电池各种变载工况电压响应的预测,也可为各种控制模块模型设计提供参考。     

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.