车用质子交换膜燃料电池

文章介绍了500 W质子交换膜燃料电池性能试验,考察了电池气体流道占反应面积的相对体积质量大小、电堆温度、反应气压力、反应气增湿温度及过量系数对电池电压的影响,测得各节单电池的电压分布规律。为适应车用动力源的需要,对电堆进行了大负荷长时间运行试验,测定电堆效率,分析其影响因素。     

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．     

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.     

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。     

阳极封闭式质子交换膜燃料电池性能稳定性分析

保证阳极封闭式质子交换膜燃料电池性能的稳定性是其面临的主要问题,阳极流道的水累积是导致其性能不稳定的关键因素之一。根据电池中水传递机理、沿程损失等分析水累积引起电池性能不稳定的原因,从原理上评价了周期性排气法和周期性排气与脉动技术结合的方法对提高电池性能稳定性及避免阳极流道水累积等有效性,通过实验考察了两种方法对改善电池性能的效果,结果表明两种方法都可以改善电池性能的稳定性,在同样操作条件下第2种方法由于引入脉动氢,效果更好,周期性排气频率降低为原来的1/10,电池的电流密度增加了8.4%。通过计算得出,在一个公共排气周期,第2种方法氢气的排放量仅为第1种的12.3%。     

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.     

Ca2+对质子交换膜燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)长期运行过程中,其部件因损伤产生的杂质金属离子对燃料电池的电化学性能有重要影响。模拟PEMFC中Ca2+污染燃料电池工况,研究了Ca2+对PEMFC电化学性能的影响。实验结果表明:随着污染时间的增加,燃料电池性能逐渐衰减,当污染时间超过9 h,电池电压急剧降低;在高电流密度区(电流密度>400 mA/cm2),电压衰减最明显。在500 mA/cm2电流密度下恒电流放电2 h后,电压降低了41%。Ca2+的存在及其积累对质子交换膜燃料电池有明显的毒化作用。     

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.     

波形流道增强质子交换膜燃料电池性能

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能和耐久性受到燃料的输送和水管理等的限制,流道对PEMFC的质量传输起着至关重要的作用。该文设计了一个三维波形流道,建立了与实验条件一致的单根直流道模型,对比研究了直流道和波形流道对PEMFC性能提升的机理,分析了两种流道内氧气、液态水、速度以及电流密度分布。研究结果表明:在较高电流密度下,三维波形流道强化了狭窄通道部分氧气向催化层的传输,提高了氧气的供应,有效地去除了流道内的液态水,使峰值功率密度提高了10.16%。     

质子交换膜燃料电池用碳纳米管载铂催化剂的研究

采用原位化学还原法制备碳纳米管载铂(Pt/CNTs)和碳粉载铂(Pt/C)催化剂,并对它们进行透射电镜分析和X射线衍射分析,同时制成膜电极,组成单电池,对质子交换膜燃料电池的性能进行测试.实验结果表明,所制备的两种催化剂中铂粒径均较小(4nm左右),而Pt/CNTs表现出的催化性能比Pt/C更优越.     

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.     

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.     

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.     

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。     

质子交换膜燃料电池引射器的设计及特性

提出了以文丘里管引射器为循环装置的供应系统.以索科洛夫的引射器设计方法为基础,针对某高压质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统对引射器进行结构设计及特性研究,并对其进行了试验验证.结果表明:增大引射器出口压力和引射流体压力可使引射系数得到提高;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。     

304不锈钢双极板在模拟PEMFC环境中的性能

为降低质子交换膜燃料电池(PEMFC)的生产成本,选择成本低廉、强度高、化学稳定性好的不锈钢材料替代传统的石墨双极板.以304不锈钢为研究对象,采用电化学方法测定其在模拟PEMFC环境下的极化曲线和对应于PEMFC工作电位下的恒电流极化曲线,用伏安法测量304不锈钢表面氧化膜/钝化膜与碳纸之间的接触电阻.结果表明,在模拟PEMFC环境中,304不锈钢钝化电流密度低于16μA/cm2,电流没有出现明显的波动;304不锈钢在模拟PEMFC环境中表面生成的钝化膜的接触电阻大于空气中形成的氧化膜的接触电阻.     

PEMFC内薄膜温度传感器动态特性的数值模拟

通过数值模拟和系统辨识建模,研究了质子交换膜燃料电池（PEMFC）薄膜温度传感器的动态特性,并根据传感器在PEMFC中的位置,建立了传感器的一维瞬态传热模型。采用COMSOL软件的仿真和系统辨识方法,得到了系统动态数学模型、动态性能指标和动态误差。对于绝缘层厚度为1、2、3、5、10 μm的薄膜温度传感器,确定了其工作频带、延迟时间、上升时间及动态误差峰值等指标参数,并且通过实验手段制作和校准了一个薄膜温度传感器。结果表明,随着绝缘层厚度的增加,传感器的动态性能降低。提出通过模型仿真来判断PEMFC内温度传感器能否满足动态测温要求,这将有助于PEMFC内部瞬态温度的实验研究,也可为传感器的参数选择和结构设计提供参考。     

温度、压力和湿度对PEMFC堆电效率的影响

提高质子交换膜燃料电池（PEMFC）堆的电效率对于PEMFC堆的开发和应用具有重要的意义．研究了操作参数中的温度、压力和湿度对PEMFC堆电效率影响的机理，在此基础上，采用正交实验的方法进一步分析了以上各因素的耦合作用及影响程度、实验结果表明，温度、压力、湿度及温度与湿度的耦合作用对PEMFC堆电效率的影响显著，最优工作条件为温度60℃，压力0．3MPa和湿度100％．