阴阳极饥饿对PEMFC单电池动态性能影响

该文以质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)单电池为研究对象,研究不同的氢氧饥饿程度条件下,PEMFC单电池极化曲线、功率密度和高频阻抗的变化。该研究结果表明,氧饥饿对PEMFC单电池性能有显著影响,减小空气过量系数,极化曲线下降速率加快,最大功率密度减小,单电池性能衰减加快;而氢饥饿对PEMFC单电池几乎无影响,只有当氢气过量系数降至1.1时,PEMFC单电池的输出性能略有提高;阴阳极侧的交流阻抗随着气体过量系数的减小均表现为增加的趋势。     

空冷自增湿燃料电池最优控制方法研究

通过对影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)输出性能因素的分析,得出PEMFC电堆工作温度、电堆输出电流是影响PEMFC输出性能的主要因素。在输出电流一定的情况下,电堆工作温度是影响PEMFC输出电压的主要因素。为实现对空冷自增湿PEMFC的最优控制,采用实验测试及数据拟合方法,得到PEMFC电堆最优温度与输出电流的函数关系式,通过控制PEMFC电堆工作在最优温度,以实现PEMFC输出电压的最优控制。实验测试表明,该控制方法简单实用、控制效果优越,可为空冷自增湿PEMFC的最优控制提供具有实用价值的控制方法。     

不同气体相对湿度与氧气流量下梯度磁场对PEMFC工作性能的影响

文章在质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极侧加载强度为360 mT的梯度磁场,研究不同气体相对湿度与不同氧气流量下梯度磁场对PEMFC工作性能的影响。研究结果表明:在PEMFC阳极侧加载梯度磁场有利于提高PEMFC的工作性能;随着气体相对湿度的逐步升高,PEMFC的输出功率密度随之提升,且梯度磁场对不同气体相对湿度下的中、高电流密度区域的PEMFC工作性能有稳定的提升效果;当阴、阳极的气体相对湿度为100%时,加载梯度磁场后的PEMFC输出功率密度达到最高;当氧气与氢气的流量相同且较低时,梯度磁场对PEMFC的工作性能有大幅度的提升效果;当氧气流量大于氢气流量时,梯度磁场对PEMFC的影响在高电流密度区域更为显著,但过高的氧气流量会对PEMFC的工作性能起到抑制作用;在阳极侧垂直加载梯度磁场,能够降低PEMFC对环境的敏感性。     

考虑环境温湿度的空冷PEMFC最佳工作温度研究与控制

空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)属于阴极开放式燃料电池,无外部增湿装置,因此空冷型PEMFC阴极入口处空气的温度和湿度必然对燃料电池工作性能有着不可忽视的影响。通过实验研究空冷型PEMFC最佳工作温度与环境温湿度及输出电流之间的关系,分析不同环境温湿度和输出电流对空冷型PEMFC最佳工作温度的影响。最后设计空冷型PEMFC控制系统,根据得到的不同环境温湿度下的空冷型PEMFC最佳工作温度曲线,采用PID控制方法实现不同温湿度环境条件下的最佳工作温度控制。     

质子交换膜燃料电池的稳态分析

通过建立质子交换膜燃料电池稳态模型,考察了电堆温度和反应压力对电堆性能的影响。仿真结果表明,升高电堆温度使得氢气分压和氧气分压下降,但氢气分压下降的更快;在电堆工作温度范围内,电堆温度升高,热动力电势、欧姆极化电势和活化极化电势均下降,但电堆总输出电压上升;提高阴极侧压力有利于提高热动力电势,同时使得活化极化电势降低,有利于电堆整体性能的改善;提高阳极侧压力对电堆性能改善影响不大。     

二元氧化物修饰催化剂的制备及其自增湿性能

利用锡硅二元氧化物分别采用前修饰法和后修饰法修饰Pt/C催化剂,制备得到两种复合催化剂,并用于阳极催化层制备膜电极(MEA).首先,考察修饰方式对膜电极性能的影响.膜电极的电池性能测试表明,使用前修饰法制备的Pt/SnO2-SiO2/C复合催化剂表现出更优的电池性能:在电池温度为50℃、完全增湿条件下,0.6 V的电流密度高达1100 mA/cm2.同时该膜电极也显示出良好的自增湿性能和稳定性:在电池温度为50℃、完全不增湿(干气)条件下,0.6 V的电流密度为930 mA/cm2,且经过10 h稳定性测试后,性能仅降低13％,而空白膜电极在2 h内性能下降63％.进一步比较在不同相对湿度条件下的膜电极性能,结果表明该膜电极在相对湿度较低的条件下表现出优异的自增湿性能.根据实验数据,初步推测出一种使用Pt/SnO2-SiO2/C复合催化剂的膜电极的自增湿机理.     

基于人工神经网络的3 kW质子交换膜燃料电池电堆一致性优化

电堆工作过程中各个单体电压的一致性是提高其性能的关键,在3 kW电堆台架实验数据的基础上,利用人工神经网络（ANN）模型,对空气流量、氢气压力、过量空气系数等气体供给参数进行优化,并对优化前后电堆的功率特性、一致性特性进行对比分析。结果表明：当氢气入口压力为0.128 MPa、空气入口流量为11 g/s、过量空气系数为6.4时,电堆电压差异系数CV及功率参数可达到最佳。     

阴极开放式质子交换膜燃料电池实验性研究

文中围绕实验室自制的开放式阴极自增湿型质子交换膜燃料电池开展了大量相关实验,采用FLUKE Ti25红外温度成像仪测得了各种操作条件下电池表面温度分布图像。实验结果表明:在封闭式阳极(anode dead-end)操作条件下,液态水会在阳极逐渐积累而影响反应气的传质,造成电池输出性能的衰减。通过阳极排气可以使电池性能恢复。纵观电堆表面温度分布情况,总体呈现出沿氢气流道方向递增的趋势。且随着电流密度的增大,这种温度分布的不均匀性变得更加明显。在实验所测试的范围内,电堆的平均输出功率密度达到了583 mW/cm2。     

固体氧化物燃料电池热电联供系统模拟及敏感性分析

本文着眼于产业化实际应用场景,基于20KW固体氧化物燃料电池系统进行建模,并展开系统敏感性分析.敏感性分析范围包括:燃料进口流量对系统性能的影响、汽碳比对系统性能的影响、过量空气系数(λ)对系统性能的影响、燃料利用率对系统性能的影响、电流密度对系统性能的影响、电堆入口温度对系统性能的影响.该工作为系统实际运行及优化提供...     

质子交换膜燃料电池发电系统控制策略研究

质子交换膜燃料电池堆(PEMFC)的操作温度和压力对发电系统的输出性能有着显著的影响,因此针对电堆温度和压力控制的研究也就成为一项重要的课题.介绍了PEMFC的工作原理和系统结构,分析了电堆温度与压力的变化特性和控制策略,提出了多种控制方案,并进行优缺点比较.     

二次吹扫条件下PEMFC电堆冷启动特性实验研究

为探究燃料电池低温启动性能,利用自搭建的实验平台,对稳态运行后的PEMFC电堆进行二次吹扫实验,考察吹扫气体温度、流量对吹扫实验中电堆内阻的影响,对经过二次吹扫后的电堆进行多次启动试验,研究进气温度对电堆冷启动性能的影响.实验结果表明:增大吹扫气体温度和流量都可降低电堆内阻,但进气温度影响较小;从启动时间上来看,二次吹...     

CSTR系统中氢气燃烧特性的分岔分析

运用分岔理论,采用了氧气的详细化学反应机理,对连续流动均匀搅拌反应器(CSTR)中氢气的燃烧特性进行详细的分析.分别以系统温度、滞留时间为分岔参数,详细讨论了CSTR系统的各种工况(系统压力、入口混合气过量空气系数、系统温度及滞留时间)对混合气着火特性的影响.结果表明,当以系统温度为分岔参数时,系统压力及滞留时间对混合气的燃烧特性影响较大,而过量空气系数影响较小;当以滞留时间为分岔参数时,系统温度对混合气燃烧特性有较大的影响.     

燃料电池运行控制参数影响规律仿真分析

基于Simulink平台,利用Thermolib工具包搭建Ballard公司的Mark V PEMFC分析模型,模型包括质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)电堆模块、阴极供气系统模块、阳极供氢系统模块、冷却循环系统模块及控制系统模块等部分,通过试验数据对模型进行验证。利用搭建的模型研究电堆运行控制参数,如电堆温度、膜湿度、进气压力及压差等对PEMFC输出电压及功率的影响。研究结果揭示各运行控制参数对PEMFC电堆性能的影响,对PEMFC控制策略的开发有一定的指导意义。     

气体扩散层厚度对PEMFC性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的气体扩散层(GDL)厚度对燃料电池的输出性能有重要影响。文章利用多物理场直接耦合分析软件(COMSOL Multiphysics 5.0),在电池温度为70℃的条件下,对4种不同厚度的GDL进行模拟分析,并在相同的操作条件下,得到了4组极化曲线、阴极氧气浓度、阴极水浓度、阳极氢气浓度以及电流密度的变化趋势图。对比分析4组变化趋势图后发现:GDL的厚度越小,燃料电池的性能越好;GDL的厚度对阳极氢气的浓度分布影响不大;当GDL的厚度增大时,产生的液态水会堵塞GDL的孔隙,降低GDL的孔隙率。     

多孔介质微燃烧器的试验研究

对微尺度下的氢气/空气预混气在多孔介质中进行预热燃烧时的燃烧特性进行了试验研究,在回热燃烧器中对不同ppi(每英寸长度上的孔洞数)的多孔介质进行对比试验,分别测试了氢气/空气预混气在预热下的燃烧效率与氢气流量、过量空气系数α以及多孔介质ppi之间的关系.结果表明,在多孔陶瓷的蓄热和混流作用下,燃烧速度和燃烧效率均得到了显著的提高,稳定燃烧界限也有一定的扩大.为进一步减小微尺度条件下的燃烧热量损失,提高燃烧效率,提供了试验依据.     

车用PEMFC氢气系统建模及其排放特性研究

建立基于尾氢再循环的车用PEMFC氢气系统的集总参数模型和质子交换膜燃料电池堆的二维CFD模型,瞬态模拟研究额定功率工况下尾氢排放对系统及电堆工作特性的影响。结果表明：排放过程中,阳极进气压力和进气流量等参数出现显著的波动现象,且波动幅度和波动时间与排放持续时间存在直接关系;电堆性能在排放过程中有所下降,排放结束后能迅速恢复到排放前的水平;阳极内部的水气分布在排放过程中得到明显改善。     

滑动弧等离子体协助甲烷蒸汽重整制氢

采用甲烷为主要原料,在常温和常压条件下,利用滑动弧等离子体放电技术,进行了甲烷与空气、水蒸气重整反应的试验。试验研究了过量空气系数、反应气流量和水蒸气含量等参数对甲烷与空气、水蒸气重整反应的影响,并对重整副产物进行了分析。试验表明,当过量空气系数为0.8时,氢气选择性最高可达到45.9%;反应气流量达到14L/min时,单位氢气生产成本最低;在反应气中加入一定量的水蒸气,有利于重整反应的进行。     

车载PEMFC发动机性能试验与分析北大核心CSCD

文章以60 kW车载质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机系统为例,探究了PEMFC发动机系统的稳态及动态加载响应输出特性,并对PEMFC发动机系统的关键参数进行了灵敏度测试与分析。试验结果表明:PEMFC发动机在全工况下运行表现良好,最大输出功率为71.91 kW;随着功率需求的不断增大,单片电池电压的均衡性逐渐变差,电堆效率越来越低,而氢气利用率则越来越高;阴阳极气体压力随着功率需求的增大而增大,但二者的压差稳定保持在0.006~0.02 MPa;冷却水进出堆温差维持在12℃以内,满足了PEMFC发动机系统在各工况下的运行条件。     

PEMFC电堆建模及特殊工况下的动态分析

以包括冷却液通道、阴/阳极气体通道、MEA等4个控制体的PEMFC单池模型为基础,引入了与单池位置相关的反应气压力、水含量和温度的数学描述方法,建立了一种可以体现单池性能差异性的半机理半经验电堆动态模型.在此模型基础上,详细分析了电堆内重要物理量(温度、水含量和输出电压等)在特殊运行工况下(如启动、制动和怠速等)的动态特性.     

空气流向对空冷PEMFC影响的实验及仿真研究

针对不同空气流向对电堆性能的影响进行ANSYS/Fluent仿真分析,开展实验研究,在环境温度、风扇转速等外界条件不变的情况下,测量两种不同工作温度下外部风扇"吸风"与"吹风"两种空气流动方式对电堆总输出和各单电池输出特性的影响。结果表明:采用"吸风"方式供应空气(即正向流动)时,电堆的均匀性和稳定性等性能明显较好。考虑到电堆使用寿命,空冷质子交换膜电堆采用空气正向流动方式更为有利。