质子交换膜燃料电池阴极面增湿槽道

增湿技术是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键技术之一。设计了一种阴极面带增湿槽道流场板,增湿槽道中液态水蒸发成气态水透过疏水碳纸向邻近的气体槽道和催化层扩散进行增湿。单电池在电流密度为600mA/cm2工作时,内阻在0.051～0.066Ω·cm2区间波动;表明了采用增湿槽增湿方式达到了良好的增湿效果并实现了电池稳定工作。     

质子交换膜燃料电池水热管理特性研究

质子交换膜燃料电池水热管理问题是影响电池输出性能的一个重要因素。建立了带冷却流道的三维、两相、非等温单直流道PEMFC模型,并运用计算流体力学(CFD)对燃料电池进行数值模拟,以温度、物质质量分数、膜水含量等水热管理关键因素揭示电池内部传质传热过程和电化学特性。同时研究了不同反应气体进气方式、冷却水流动方向及冷却水温度对PEMFC输出性能的影响,为燃料电池的水热管理优化、实现产业跃进式发展提供参考。结果表明：若燃料电池产物水未及时排除,阴极侧流道尾端易出现水淹现象;当PEMFC采用同向顺流或同向逆流模式时,当冷却水温度等于电池工作温度(353 K),膜温度和水含量分布较为均匀,燃料电池的输出性能较好。     

质子交换膜燃料电池集流板的欧姆热效应研究

通过分析研究质子交换膜燃料电池集流板的欧姆热效应,得出了集流板欧姆热方程,并用此方程分析了不同材料、厚度、高度以及引线方式的集流板对其发热量的影响。研究发现集流板的发热量过大,会使得与其相邻的单电池由于温度过高而导致该单电池性能下降。通过对比集流板与电池的发热量,发现在一定条件下集流板的发热量已不能忽略,因而,在实际应用中必须考虑集流板的冷却设计。     

空冷PEMFC空气流向实验研究

空冷型质子交换膜燃料电池利用外部风扇来提供反应所需空气,并为电堆散热。由于电堆内部流道以及外部风扇罩的影响,空气的流向不同会对电堆内部空气在各单电池间的流动造成影响,从而影响电堆内的冷却和电化学反应效果。开展了空气的流向对电堆性能影响的实验研究,在环境温度、风扇转速等外界条件不变的情况下,测量了散热风扇"吸风"与"吹风"两种空气流动方式对电堆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,虽然电堆总体性能略低于"吹风"(即反向流动),但电堆均匀性和稳定性要更好,因此在空冷型质子交换膜燃料电池的使用过程中,采用空气正向流动方式更有利。     

基于多点电压检测技术的燃料电池电堆一致性分析

燃料电池电堆中各单节电池的一致性直接影响整个电堆的性能输出和使用安全性.由于操作条件、单节电池的差异性以及内部环境的复杂性,导致电堆内存在局部电流和电压分布具有不均匀性和位置不确定性.采用双巡检系统分别采集了15节电堆阳极进口侧和阴极进口侧各单节电池电压,通过对比两侧电压差定位异常单节电池,并对该电堆进行一系列在线诊断...     

质子交换膜燃料电池低温启动特性研究

提出了一种冷却介质辅热的燃料电池系统低温自启动设计方案,并基于二维非稳态模型研究了单电池与电池堆在低温启动过程中温度的动态分布特性。研究结果表明,电池堆端板的热容效应与冷却液流速分布是影响电池堆温度分布的主要因素。降低燃料电池端板的热容及电堆的轻量化设计将有助于提高电池的低温启动能量效率与工作寿命。     

氢燃料电池性能检测系统设计

设计了一套氢燃料电池性能检测系统。基于比例调节阀、电磁阀、质量流量计、加热保温管路等设计了供气及尾排系统，实现了反应气体的温度和流量的精确控制；基于电磁阀、变频水泵、热交换器、增湿罐等设计了冷却及加湿系统，使电堆温度始终维持在最佳工作温度，增湿器原理为鼓泡和喷淋式增湿，可实现高效增湿；基于西门子PLC和研华工控机设计数据采集与控制系统，实现对传感器数据的采集，设计了实验对测试系统进行验证。实验结果表明，系统稳定可靠，具有较好的应用效果。     

千瓦级PEMFC电堆的研制

使用表面改性的金属铝板做双极板,成功组装了含30个质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池的电堆。H2、空气反应气均采用外增湿,使用循环冷却水排出电堆产生的热量。分别使用Nafion115膜和John-MatthyPt/C作为电解质和催化剂,其中Pt载量为0.4mg/cm2。电堆工作温度为室温至100℃,H2与空气工作压力比为0.20MPa/0.22MPa,电堆输出功率为1~1.3kW,输出电流为40~80A,输出电压为26~20V,电极工作电流密度为200~375mA/cm2,电堆能量转化效率为51%。     

组合流场PEM燃料电池的性能比较

运用燃料电池测试系统测得两种流道组合而成的四种流场(两种单一流场与两种混合流场)的PEM燃料电池的某些性能参数,并做出V-I曲线.在相同的操作参数下,比较了单一流场之间、混合流场之间以及单一流场与混合流场之间的性能差异,详细说明了四种流场的PEM燃料电池性能差异的原因.实验结果分析得出:阳极蛇形/阴极蛇形流道组成的蛇形流场PEM燃料电池性能最好,阳极直流道/阴极蛇形流道组成的混合流场性能其次,阳极蛇形流道/阴极直流道组成的混合流场性能再次,阳极直流道/阴极直流道组成的直流场PEM燃料电池性能最差;氢气流量变化对阳极直流道/阴极蛇形流道组成的混合流场PEM燃料电池性能影响明显,对阳极蛇形流道/阴极直流道组成的混合流场PEM燃料电池性能影响不明显.实验结果对PEM燃料电池流场优化具有一定的参考价值,为其推广应用提供参考依据.     

质子交换膜燃料电池内水传递影响因素分析

通过大面积质子交换膜燃料电池(PEMFC)的水平衡实验研究,考察了不同操作条件,如电池阴极增湿温度、电池操作温度及阴阳极压差对水在阴阳极间迁移行为及对电池输出性能的影响。实验结果表明,提高电池阴极增湿温度,促进了水向阳极的扩散,在一定程度上可提高电池的性能,但同时增大了电池的水淹程度;提高电池操作温度促进反应生成水向阳极的迁移并提高了电池性能;减小阳极压力以增大阴阳极压差可促进水向阳极迁移,但压差对水的迁移行为影响不大。     

PEM燃料电池双极板流场结构研究进展

双极板在质子交换膜燃料电池中起着分配反应气体、导电、导热及使水、气安全顺利排出等功能,流场结构构成了双极板最主要的特征。综述了相关文献和专利,介绍了典型的燃料电池流场结构及基于此种流场的改进流场,并对新型流场做了介绍,为质子交换膜燃料电池流场的设计、性能的研究提供参考。     

质子交换膜燃料电池流道设计

质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源.双极板(流场板)是质子交换膜燃料电池的重要部件,其质量占电池堆60%以上.流场板上的流道设计对电池性能、运行效率和制造成本有很大影响.系统地综述了现有的流道设计,剖析了流道的功能及其对电池性能的影响,并在此基础上讨论了流道设计的发展趋势.     

PEM燃料电池流场板

流场板是PEM燃料电池重要元件之一 ,它能够均匀分配电池放电所需的燃料与氧化剂 ,保证电流密度分布均匀 ;能使电池生成水在反应尾气吹扫和夹带下顺利排出。本文对流场板的各种结构与性能做一综述 ,主要涉及了多孔材料流场板、点状流场板、网状流场板及蛇型流场板等 ,其中对蛇型流场板做了较详细的介绍。这将为燃料电池的研究和设计提供参考     

质子交换膜燃料电池电流分布测定

目前大功率燃料电池研究中存在的主要问题是电池在放大过程中性能出现大幅度衰减。研究质子交换膜燃料电池电流密度分布 ,是解决其电池放大过程中性能衰减的基础 ,对提高燃料电池的比功率 ,加速其商业化进程具有重要意义。采用子电池方法 (SubcellApproach)对质子交换膜燃料电池电流分布进行了测定 ,采用网状流场 ,面积为 13 0cm2 。分别考察了气体压力、气体流量、电池温度及不同放电电流密度等条件对电池电流分布的影响。实验结果表明 ,采用网状流场电流密度分布并不均匀。分析了网状流场内流体、水分布情况 ,提出了一种网状流场新的流型。这种方法还可以应用于蛇型流场及其他流场电流分布的测定     

PEMFC新型压差流道传质与电化学性能研究

双极板是质子交换膜燃料电池（PEMFC）核心组件,极板的流道形状和尺寸直接影响反应气体的利用率以及电池的排水、散热性能。基于极板工作原理提出一种新型PEMFC压差流道构型,研究流道内阴极氧气浓度、水浓度分布、进出口压降、流速的变化,分析电流密度和极化曲线对燃料电池电化学性能的影响;50%开孔率时,对比8组低压直流道和高压直流道宽度同时增大的仿真结果发现,低压直流道和高压直流道宽度均由2.25mm减小到0.5mm时,功率密度峰值提高了31.9%。进一步探究压差流道中增大或保持一种流道宽度不变去改变另一种流道宽度对燃料电池电化学性能影响,结果表明低压直流道和高压直流道宽度均为1mm时,功率密度峰值最高可达0.39W/cm2。     

质子交换膜燃料电池核心组件研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池的组成和各组件在电堆中所起的作用。综述了不同类型质子交换膜的性能和特点;简述了铂系催化剂的研究现状和双极板材料的发展情况;分析了膜电极制备技术和双极板不同流场的设计。预测了质子交换膜燃料电池核心组件的发展方向和前景。     

PEMFC流场结构对电池性能的影响

在PEMFC中,阴极的流场对电池性能有着重大的影响。好的阴极流场能更有效的排出电池内部生成水并大大提高电池的输出功率。在原有流场的基础上设计出具有不同特点的新型流场,再利用H2-空气PEMFC单电池进行实验比较各种流场的性能,同时对直通道和蛇型流场分别在雷诺数Re和进出口压差进行分析。比较压差与电池排水的关系,得出较高压差具有较好的电池性能。     

质子交换膜燃料电池凝水的研究进展

分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC)中凝水的生长过程,分析了运行时间、电流密度、流速、温度、压力、湿度、流场和扩散层等因素对凝水的影响,并介绍了凝水的处理方法。对PEMFC凝水的可视化观测已从宏观步入微观。     

一种浸渍燃料电池用石墨双极板的新方法

石墨板虽然具有良好的导电、导热以及耐腐蚀等性能,但在制造过程中不可避免地产生气孔,含有气孔的石墨板作为质子交换膜燃料电池双极板会使H2和O2互相渗透,降低电池性能。采用真空加压方法以硅酸钠浓溶液浸渍石墨双极板,然后加酸加热使之转变为SiO2,使石墨板气孔率由18.2%降低至3.3%以下,在0.3MPaH2压力下不透气。经硅酸钠溶液浸渍后的石墨板电阻没有增加,而用其做的石墨双极板使电池性能在同样电流密度下约增加40mV以上。浸渍工艺保证了燃料电池的性能。