Synthesis of Platinum Nanoparticles Modified with Nation and the Application in PEM Fuel Cell

Nation modified Pt nano-particles with size about 4nm were synthesized. The modified particles were absorbed on the surface of carbon nanotubes and used as electro-catalysts for proton exchange membrane fuel cell. Due to the plentiful proton channels provided by the modifying Nation ionomers, the single fuel cell with the modified Pt catalyst has a promised performance . The output was 0.282 W/cm^2 with Pt loading of 0.1 mg/cm^2 ,better than that of unmodified one, which was 0.273 W/cm^2 with Pt loading of 0.1mg/cm^2 .     

基于质子交换膜动态特性的PEM燃料电池建模与仿真

质子交换膜是燃料电池的核心部分,膜的含水量及膜内阻对燃料电池的性能至关重要。基于质量守恒、能量守恒、电荷守恒和电化学反应动力学,将燃料电池划分为阳极气道、阳极扩散层/催化层、质子交换膜、阴极气道、阴极扩散层/催化层5个控制体,建立了简化的半机理半经验动态模型,描述了H2O和H2等各组分在相应控制体内及燃料电池关于电压、温度、压力和膜含水量等一些重要变量(如电压、温度、压力和膜含水量等)的动静态特性;描述了水通量密度、质子通量密度和含水量等膜内变量(如水通量密度、质子通量密度和含水量等)的动态过程。仿真结果表明,该模型能够较准确地反映运行参数对PEMFC动静态性能的影响。     

质子交换膜燃料电池的氧化剂实验性能

分析采用不同氧化剂和改变气体压力对质子交换膜燃料电池性能的影响，用测定电压／电流密度曲线的方法研究了质子交换膜燃料电池的性能特点以及电池温度对电池性能的影响，并对氢-氧和氢-空气燃料电池做了性能对比，实验结果是氧气作氧化剂比空气作氧化剂性能好得多，而且随着温度的增加性能有所改善．压力实验结果是随着气体压力的增大电池性能增强，输出功率增大．     

Composite Polymer Electrolyte Membranes based on Nafion and Modified PVDF Electrospun Nanofiber Mats

We fabricated the nanofiber composite membranes by impregnating Nafion into the modified polyvinylidene fluoride(PVDF) electrospinning nanofiber mat for proton exchange membrane fuel cells applications.The hydrophobic PVDF nanofibers mat became to the hydrophilic state by alkali treatment for the full embedding of Nafion into the PVDF network.The fabricated composite membranes exhibit significantly enhanced thermal stabilities,swelling resistance,and observably improved mechanical property compared to the pristine Nafion membrane.When the content of PVDF nanofiber mat is 15.1wt% in the membrane,the proton conductivity of the nanofiber composite membrane is nearly equal to that of pristine Nafion membrane with the same condition.The experimental results show that the prepared composite membrane can be used as a promising polyelectrolyte membrane for fuel cell applications.     

氢-空交指流场PEM燃料电池特性研究

目的研究电池温度、加湿温度、气体流量对氢-空交指流场PEM电池性能的影响,优化操作参数,提高PEM燃料电池的性能和稳定性,降低成本,促进其实用化.方法运用燃料电池测试系统测量了PEM燃料电池的性能,分析了电池温度、加湿温度和气体流量对其性能的影响.结果单有氢气或空气加湿,质子交换膜不能充分湿润,燃料电池性能较低;当电池温度和加湿温度同时等于343 K时,电池性能最佳;实验条件下,空气流量为260 ml.cm-3时,最佳氢气流量为70 ml.cm-3.结论实验结果对PEM燃料电池的参数优化具有重要的参考作用,为其推广应用提供实践依据.     

交联改性PAMPS质子交换膜的制备与性能

制备了聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（PAMPS）质子交换膜并对其进行交联改性,研究了膜的含水率、溶胀率、拉伸强度、高温保水率、质子电导率等性能.结果表明,PAMPS均质膜的质子导电率很高（0.32 S/cm）,但溶胀率过高、机械强度差.交联改性后,膜保持高的导电率（3% MBA,0.076 S/cm）和高温保水性能,且膜的溶胀率大幅度降低,机械强度显著提高（3% MBA,23.6 MPa）.     

铝合金化学镀镍磷合金结构和性能

针对质子交换膜燃料电池双极板的需要，以铝合金为基体材料，采用碱性和酸性双溶液体系化学镀镍磷合金.采用电子探针方法测定了镀层中镍磷含量，X衍射方法研究了热处理对镀层结构的影响，伏安法研究了热处理对镀层耐蚀性的影响.试验结果表明，热处理明显影响镀层的结构和耐蚀性，对于P含量为12.1%（质量）的镍磷合金镀层，经过200～250℃热处理后，晶化不明显但耐蚀等性能明显改善，可以用作质子交换膜燃料电池双极板.     

基于Cruise/Simulink的FCHEV燃料电池和动力蓄电池功率匹配研究

针对质子交换膜燃料电池和锂离子动力蓄电池混合动力电动汽车(FCHEV),利用AVL/Cruise和Matlab/Simulink软件搭建了FCHEV整车联合仿真平台。通过对车辆动力系统关键部件参数的分析,确定了若干可行的燃料电池和蓄电池功率匹配方案。基于一种目前比较成熟的控制策略,在NEDC循环工况下对各种匹配方案进行了仿真实验,在满足车辆动力性要求的前提下,对各方案的燃料经济性进行分析,从而得到该控制策略下燃料电池和动力蓄电池的最优功率匹配结果。     

基于COMSOL的质子交换膜燃料电池梯度扩散层的数值模拟

为了研究质子交换膜燃料电池的扩散层结构对燃料电池导电、排水、导气等性能的影响,利用COMSOL Multiphysics软件对质子交换膜燃料电池进行仿真模拟分析,主要针对扩散层孔隙率沿厚度方向梯度变化的规律及燃料电池阴极侧传质过程和电池性能进行了模拟分析。结果表明：采用梯度结构的扩散层可以减小阴极水淹现象的发生,孔隙率梯度分布的扩散层电池性能优于孔隙率均匀分布的扩散层的电池性能;在平均孔隙率相同时,孔隙率梯度结构变化越大,阴极侧排水能力越强,液态水残留量越少。     

Identification and analysis based on genetic algorithm for proton exchange membrane fuel cell stack

The temperature of proton exchange membrane fuel cell stack and the stoichiometric oxygen in cathode have relationship with the performance and life span of fuel cells closely. The thermal coefficients were taken as important factors affecting the temperature distribution of fuel cells and components. According to the experimental analysis, when the stoichiometric oxygen in cathode is greater than or equal to 1.8, the stack voltage loss is the least. A novel genetic algorithm was developed to identify and optimize the variables in dynamic thermal model of proton exchange membrane fuel cell stack, making the outputs of temperature model approximate to the actual temperature, and ensuring that the maximal error is less than 1℃. At the same time, the optimum region of stoichiometric oxygen is obtained, which is in the range of 1.8 -2.2 and accords with the experimental analysis results. The simulation and experimental results show the effectiveness of the proposed algorithm.     

PEM燃料电池操作性能实验分析

目的研究质子交换膜燃料电池运行中电池的工作压力、反应气体流量对电池性能的影响．方法对质子交换膜电池单体在不同工作压力、不同气体流量下的电池性能变化做了测试并将得到的实验数据进行对比及理论分析．结果通过实验得出了压力和气体流量对电池性能影响的规律曲线．结论PEM燃料电池的性能随着压力的升高而提高．随气体流量的变化，可将曲线划分为气体供应短缺、饱和和过量三个区域．同时按照电流密度计算所得到的气体消耗量可以在实验中得到很好地验证．实验结果对质子交换膜燃料电池结构的优化和设计具有重要的指导意义．     

复杂流道质子交换膜燃料电池的三维数值分析

针对模拟复杂流道设计质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell ，PEMFC）的传热传质过程和电池电化学性能，提出一个稳态的、非等温的三维数学模型.应用模型对一个电极面积为3.12 cm×4 cm，20条通路的“蛇形”流道结构PEMFC进行数值计算，得到电池的流场、局部电流密度和组分浓度等的多维分布.并分析了不同渗透率对电池特性所产生的影响.结果表明,渗透率越高，压力降越小，有利于提高电池的性能.     

温度对PEM燃料电池性能的影响

目的研究质子交换膜燃料电池运行中的电池温度、两极加湿温度对电池性能的影响．方法运用质子交换膜电池单体的测试系统进行了不同工作温度、气体加湿温度对电池性能影响的测试实验．结果得到了3个温度在实验条件下。在一定范围、一定间隔内的所有数据组合．结论固定除温度外的所有操作参数条件下。电池工作温度、阴极和阳极的加湿温度对电池性能的影响顺序也是固定的；低电流工作下．电池性能不受操作温度的影响，只与其几何参数有关；电池的极化曲线中存在两个过渡区，过渡区是在一定范围内出现的．实验结果对质子交换膜燃料电池结构的优化和设计具有重要的指导意义．     

质子交换膜燃料电池流道尺寸的数值模拟

为了研究流道尺寸对质子交换膜燃料电池性能的影响,通过多物理场直接耦合分析软件COMSOL,建立了质子交换膜燃料电池三维模型。分析了流道宽度不变,流道宽度与脊宽度之比分别为1:1、1:2、1:3时对电池性能的影响,验证了建立模型的有效性与可靠性;进一步研究当脊宽度不变,流道宽度与脊宽度之比分别为1:1、2:1、3:1,综合考虑了电流密度、阳极氢气浓度及阴极氧气浓度等因素的影响分析。研究发现：流道宽度和脊宽度之比为1:1是燃料电池较理想的尺寸比,并且脊宽度变化比流道宽度变化对电池性能的影响大。     

MN500阳离子交换树脂填充聚醚砜膜吸附剂对氨氮吸附的研究

以聚醚砜(PES)为膜的基质材料,以微米级粉末状阳离子交换树脂(MN500)为功能性颗粒,采用相转化的方法,制备了MN500离子交换树脂填充PES膜吸附剂,研究MN500树脂填充PES膜吸附剂对水中氨氮的吸附性能,考察了树脂填充量对膜吸附剂纯水通量影响,以及振荡时间、料液pH对氨氮吸附性能的影响.结果表明:与MN500离子交换树脂相比,MN500离子交换树脂填充膜吸附剂对氨氮的吸附容量较大;在静态条件下,膜吸附剂对水中氨氮的吸附容量为40 mg/g;在膜吸附剂吸附的初始阶段(0～90 min),吸附容量随时间快速上升,此后趋于平缓;当pH值大于8时,膜吸附剂对氨氮的吸附容量显著增加.     

基于动态模型的氢燃料电池堆性能研究

提出和建立了包含水平衡的氢燃料电池堆的动态模型，用于研究质子交换膜(PEM)燃料电池堆的静、动态性能。基于此模型，针对不同的运行条件进行了准实体规模的仿真研究。相应的仿真静、动态性能与实测的燃料电池堆数据比较，显示了很好的一致性。     

聚合物电解质燃料电池研究进展

综述了聚合物电解质燃料电池（PEMFC）的研究进展，讨论了PEMFC的五个主要研究问题，比较、分析了Nafion、聚苯并咪唑（PBI）膜和其他质子交换膜性能。最后，对质子交换膜的研究提供了意见。     

商业尺寸质子交换膜燃料电池性能实验研究

实验测试了不同电池操作温度和反应气加湿温度下,反应面积为256 cm2商用质子交换膜燃料电池的性能,通过对极化曲线的测量,重点分析了操作温度与加湿温度对不同厚度质子膜含水量及电池阴极水泛滥的影响.结果表明,质子膜含水量及阴极液态水移除主要取决于加湿温度和操作温度的最佳匹配.当操作温度低于加湿温度时,电池性能随操作温度升...     

二氧化锰改性多壁碳纳米管吸附水中Sb(Ⅲ)

采用液相氧化还原法制备二氧化锰/多壁碳纳米管（MnO2/MWNTs）复合材料,利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、激光粒度仪和N2吸附-脱附对改性前后MWNTs的物化性能进行表征.通过对水中Sb(Ⅲ)的静态吸附试验考察改性碳纳米管的吸附容量,同时还考察pH值、锑的初始浓度、吸附剂投加量、吸附时间和温度对吸附效果的影响.结果表明,在Sb(Ⅲ)初始浓度为1.5 mg/L、吸附剂投加量为0.5 g/L、温度为298 K、pH值为2.00的条件下,二氧化锰改性后的碳纳米管对锑的去除率可达到97.72%,比未改性碳纳米管的去除率提高51.29%,吸附容量也从原始CNT的3.01 mg/g增大到6.00 mg/g.最后发现该吸附过程较好地符合Freundlich吸附等温线,pH值对吸附效果的影响较大.     

质子交换膜燃料电池封装结构安全性研究

针对电堆的封装对质子交换膜燃料电池结构安全性影响的问题进行有限元分析。用Catia建立5种不同螺栓封装位置的10层单体组成的质子交换膜燃料电池电堆的三维模型，用Hypermesh进行网格划分，以最佳封装力和螺栓封装位置为研究目标，在ANSYS Workbench软件中对不同螺栓封装的电堆端板进行应力分布和变形量的分析，选择其中变形量最均匀的电堆端板进行拓扑优化设计。结果表明，电堆模型的最佳螺栓封装力为2500 N，最佳螺栓封装位置在端板的中部位置，拓扑优化后的端板质量减轻14.82%，并对应力分布均匀性有一定提升。