基于模糊辨识的燃料电池建模

通过分析直接甲醇燃料电池(DMFC)的组成结构、工作原理，运用电化学、流体动力学、热力学等学科理论，建立DMFC电池性能数学模型，并根据DMFC实验数据进行了仿真。由于数学模型具有复杂性，难以满足工程上对DMFC控制系统的设计，特别是实时控制需要的情况，因此采用一种基于在线辨识的模糊预测算法对DMFC电堆进行建模。结果表明，这种数学建模是合理和可行的，对直接甲醇燃料电池控制系统的建模和控制具有一定的实用价值。     

燃料电池的模糊神经网络辨识建模与电压控制

针对直接甲醇燃料电池(DMFC)输出电压易受电池负载变化影响的问题,提出了利用模糊神经网络辨识技术建立DMFC的电特性模型.基于该辨识模型,设计了一个自适应模糊神经电压控制器,其参数采用改进的BP算法进行在线修正.仿真结果表明,对DMFC采用辨识建模的方法是有效的,建立的模型精度较高,所设计的自适应模糊神经电压控制器性能优越.     

直接甲醇燃料电池运行参数的研究

以载量均为4 mg/cm2的Pt-Ru黑和Pt黑分别为阳极、阴极催化剂,以碳布为扩散层,以Nafion115为质子交换膜,制备膜电极,组装直接甲醇燃料电池并通过恒电位法和交流阻抗法分别测试性能和阻抗. 研究考察了各种工艺参数对电池电化学性能的影响,得出55 ℃下最佳工艺参数为:甲醇浓度为1.5 mol/L、流量为1.5mL/min时阳极反应达到最优,氧气压力在0.3 MPa、流量在800 mL/min时阴极反应达到最佳.     

便携式直接甲醇燃料电池

采用超薄无Teflon化催化层制备直接甲醇燃料电池空气电极,用电化学沉积方法制备甲醇氧化催化剂PtRu／C。提出较高电位下甲醇氧化的概念。所研制的直接甲醇燃料电池的催化电极贵金属催化剂的利用率提高,甲醇氧化过程催化剂CO中毒问题能够基本消除。     

直接甲醇燃料电池测试系统的搭建与调试

为了系统研究直接甲醇燃料电池的电性能,以及电池的传热传质现象、气液两相流规律,设计并搭建了用于测试液态进料直接甲醇燃料电池的实验系统。文中简要介绍整个实验系统,并详尽给出实验系统的调试方法。整个实验系统可根据要求调整工况,可配合可视化系统对不同工况下直接甲醇燃料电池的气液两相流进行研究。     

直接甲醇燃料电池的阳极进料系统及控制策略

直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cells,DMFC)的甲醇燃料的利用关系到系统的能量密度,是其微型化亟待解决的问题。为了提高甲醇利用率和提高系统的能量密度,必须采用必要的进料系统和控制策略。该文从主动和被动两类系统总结了面向直接甲醇燃料电池的关键系统组件和相关的控制策略,从系统工程的角度加以分析,总结了DMFC用甲醇传感器和系统控制的设计开发思想,并指出电池型化学传感器将是DMFC用甲醇传感器的主要开发方向,系统需采用脉冲式进料和混合动力方式以适应不同模式的负载。自呼吸电堆需采用基于化学势为推动力的被动式进料方式。采用空载自升温模式有助于缩短启动时间。     

用于直接甲醇燃料电池系统甲醇浓度控制的软测量

为了提高直接甲醇燃料电池燃料的效率,并使该系统微型化,提出了一种用于控制该系统中循环甲醇浓度的软测量算法。该算法利用甲醇浓度对电化学响应的特性,将电堆的电流、电压以及温度作为对浓度的响应参数,将每片电池作为传感原件,准确测量电池的电流、电压和温度。结果表明,采用该算法从实验结果推测值的甲醇浓度误差小于0.40%。该算法可用于微型燃料电池的开发。     

一种微型直接甲醇燃料电池的制作与测试

微型直接甲醇燃料电池(micro direct methanol fuel cell,μ-DMFC)具有发电效率高、环境污染少、安全、携带方便等优点,在小型民用电源和单兵携带电源上具有广泛的应用.讨论了微型直接甲醇燃料电池(micro direct methanol fuel cell,μ-DMFC)的特点,研究了运用微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)工艺,设计并且制作μ-DMFC的过程.主要是运用MEMS 工艺制作μ-DMFC的流场板;制备膜电极(membrane electrode assembly,MEA);通过改进μ-DMFC的封装结构,采用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)和金属夹具对μ-DMFC进行封装,有效地避免甲醇的渗漏;并且通过测试μ-DMFC的I-V特性,比较了不同封装结构下,μ-DMFC的电性能.实验结果表明,封装结构改进后的μ-DMFC,最大电流密度为14.82 mA/cm2,最大输出功率为0.661 mW.     

直接甲醇燃料电池管状阴极的制备与性能

以管状金属钛网为支撑体,采用浸涂工艺在其外表面依次制备了气体扩散层、Pt/C催化层和Nafion 膜,制得管状阴极,并分析了影响电池性能的因素.研究结果表明,采用浆液浸涂工艺制备的阴极气体扩散层与催化层,均具有有利于气体传质和电化学反应的多孔结构.随着阴极催化剂载量的增加,单电池的性能也逐渐提高.当Pt载量为4.3 mg/cm2时,常温下以空气作为氧化剂,电池功率密度峰值约为12.3 mW/cm2,而同样的电池,在60 ℃下以氧气作为氧化剂,则可以达到40.0 mW/cm2,这表明温度和氧化剂种类与催化剂载量一样,是影响电池性能的重要因素.电池经约100 h工作时间后进行的等电压放电试验结果表明,该管状Ti基阴极的电化学稳定性优良.     

基于神经网络辨识的熔融碳酸盐燃料电池建模

针对熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）电堆系统难以建模以及已建立的模型过于复杂，难以满足工程上对MCFC系统控制设计特别是实时控制需要的情况，绕开MCFC的内部复杂性，提出利用神经网络可能逼近任意复杂非线性函数的性能，将神经网络辨识方法应用到MCFC这种高度非线性系统的建模中。以燃料气和氧化剂气体的流速的输入量，MCFC电堆温度响应为输出量，根据输入输出数据用神经网络辨识建立MCFC电堆系统的温度模型，给出了辨识系统的结构及改进BP算法。仿真结果证明了这种方法的可行性，所建立的模型精度较高，使得设计MCFC的实时控制器成为可能。     

Temperature modeling and control of Direct Methanol Fuel Cell based on adaptive neural fuzzy technology

Aiming at on-line controlling of Direct Methanol Fuel Cell （DMFC） stack, an adaptive neural fuzzy inference technology is adopted in the modeling and control of DMFC temperature system. In the modeling process, an Adaptive Neural Fuzzy Inference System （ANFIS） identification model of DMFC stack temperature is developed based on the input-output sampled data, which can avoid the internal complexity of DMFC stack. In the controlling process, with the network model trained well as the reference model of the DMFC control system, a novel fuzzy genetic algorithm is used to regulate the parameters and fuzzy rules of a neural fuzzy controller. In the simulation, compared with the nonlinear Proportional Integral Derivative （PID） and traditional fuzzy algorithm, the improved neural fuzzy controller designed in this paper gets better performance, as demonstrated by the simulation results.     

直接甲醇燃料电池溶胶-凝胶流动相的制备及性能

以硅酸钠或硅酸乙酯与甲醇、硫酸为原料,采用改性溶胶-凝胶法制备了溶胶-凝胶流动相.以SEM观察流动相的形貌,测定了其甲醇渗漏和电化学性能,并研究了流动相的制备温度及组分对成胶速率及甲醇渗漏的影响.结果表明,溶胶-凝胶流动相具有多孔结构,改变了甲醇的传质途径和传质机理,与相同浓度的甲醇和硫酸液相流动相相比,渗漏率下降了90%以上,流动相制备的最佳温度为30℃,流动相中SiO2最佳质量分数为4%.     

直接甲醇燃料电池用Co-N-C电催化剂的制备及性能

以三聚氰胺甲醛树脂和硝酸钴为前驱体,在Ar保护下采用高温碳化方法制备用于直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极的含氮碳载钴(Co-N-C)氧还原电催化剂.利用热重与红外光谱联用、X射线衍射分析、元素分析等方法表征了催化剂的制备过程和结构,采用旋转圆盘电极测试考察了不同碳化温度对Co-N-C电催化剂氧还原催化活性的影响及电催化剂的耐醇性能,并采用该催化剂为阴极催化剂进行DMFC单电池测试.结果表明:Co-N-C电催化剂具有较高的电催化活性和较好的耐醇性能;其氧还原起始电位在0.5V(vs.SCE)左右;700℃碳化温度下制备的Co-N-C电催化剂具有最高的氧还原催化活性.     

直接甲醇燃料电池溶胶-凝胶流动相的制备及性能

以硅酸钠或硅酸乙酯与甲醇、硫酸为原料,采用改性溶胶-凝胶法制备了溶胶-凝胶流动相.以SEM观察流动相的形貌,测定了其甲醇渗漏和电化学性能,并研究了流动相的制备温度及组分对成胶速率及甲醇渗漏的影响.结果表明,溶胶-凝胶流动相具有多孔结构,改变了甲醇的传质途径和传质机理,与相同浓度的甲醇和硫酸液相流动相相比,渗漏率下降了9...     

基于钛网基膜电极组件的被动式直接甲醇燃料电池

基于钛网基膜电极组件（membrane electrode assembly,MEA）设计并制作被动式直接甲醇燃料电池（directmethanol fuel cell,DMFC）．钛网基MEA以钛金属网作为电极支撑体基底材料,Nafionll7作为质子交换膜．PtRU／XC-72R作为阳极催化剂,Pt／XC-72R作为阴极催化剂．被动式DMFC壳体采用有机玻璃材料制作．密封元件采用硅胶片制作．紧固件选用标准件．在室温空气自呼吸条件下,选取不同甲醇浓度的电解液．测试了基于钛网基MEA的被动式DMFC极化性能．结果表明：当电解液中甲醇浓度从0．5mol／L经过1．0mol／L增大到1．5mol／L时．基于钛网基MEA的被动式DMFC的功率密度峰值呈现先增大、后减小的规律;当甲醇浓度为1．0mol／L。电池功率密度峰值为3．91mW/cm2．     

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。