PEM燃料电池气体扩散亚层的研究进展

在催化层和扩散层之间加入的扩散亚层能够减小催化层的水饱和度,优化扩散层中的水和气传输.对扩散亚层中的水传输机理、研究现状进行了综述,在研究现状中主要对导电碳黑的载量、PTFE（polytetrafluoroethylene）的含量和孔结构进行了阐述,并提出了研究中存在的问题.同时对扩散亚层最佳物理参数的理论模拟进行了综述,提出了扩散亚层制作改进的方面.     

PEM燃料电池用气体扩散层材料研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池用气体扩散层的作用和性能要求,论述了碳纤维纸、碳纤维编织布、无纺布、碳黑纸以及金属材料等几种用于PEMFC的气体扩散层材料的性能参数和试验结果,介绍了它们的制作工艺、注意事项,以及各自的优缺点。     

阴极扩散层孔隙率不同分布对PEMFC性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极扩散层孔隙率分布对电池性能影响很大。建立了一个单电池的三维模型,分别考虑了阴极扩散层孔隙率单一分布、线性梯度分布、随机分布等情况,并用有限控制体法对模型进行了求解。研究结果表明,在大电流密度下,阴极扩散层孔隙率的不同分布形态会不同程度地影响阴极氧气质量传输和液态水的排出,从而影响电池性能。     

气体扩散层对空气电极寿命的影响

以乙炔黑、60%PTFE乳液为原料,用辊压法制备空气电极的气体扩散层。研究了烧结与未烧结气体扩散层的性能参数及其对空气电极寿命的影响。用压汞分析法和SEM研究了气体扩散层的孔结构及形貌。结果表明:相对未烧结扩散层的空气电极,烧结扩散层的空气电极寿命更长,1 000 h寿命试验中无渗液现象,且性能较好。烧结提高了电极材料的疏水性和孔隙率。烧结后气体扩散层适宜的孔结构为:孔隙率约为70%,平均孔径约为70 nm。     

质子交换膜燃料电池气体扩散层产业技术的现状与展望

气体扩散层在质子交换膜燃料电池工作过程中承担着透气、排水、导电、导热及支撑电极的作用,是影响电池性能及稳定性的关键部件之一。长期以来,气体扩散层被国外厂商所垄断,但随着技术的不断迭代及政策利好对关键材料产业化的推动,国产化气体扩散层呈现出突破的态势。目前,国产气体扩散层已经从实验室阶段进入了批量生产阶段,并逐步过渡到产品试用和装车使用阶段。本研究总结了国产气体扩散层的技术发展现状,解读了气体扩散层在产品应用层面的关键性能指标,分析了当前国产气体扩散层上下游产业链的态势及技术难点,并提出了气体扩散层产品的设计方向及实现规模化发展的路径建议。     

PTFE载量对气体扩散层性能的影响

在质子交换膜燃料电池的气体扩散层中,处理好水、气、电子的通道是十分重要的.对碳纸用不同浓度的PTFE乳液(12%,15%,18%)进行疏水处理,通过组装电池测试表明:用15%的PTFE乳液浓度处理的碳纸表现出了好的电性能.     

炭黑及聚四氟乙烯对气体扩散层性能的影响

气体扩散层作为质子交换膜燃料电池重要部件之一,为电极反应提供气体、电子和水的三相通道.炭黑载量以及聚四氟乙烯(PTFE)作为气体扩散层中的重要组分,其含量直接影响气体扩散层中微孔层的厚度、孔结构、电导率,从而对气体扩散层性能产生重要影响.对炭粉以及PTFE的含量对气体扩散层性能的影响进行了综述,认为不同工况对质子交换膜...     

气体扩散层性能参数测量方法研究进展

扩散层作为气体、水、电子的三相通道,是燃料电池十分重要的组件之一。对扩散层物理参数进行准确测量并改进,使之适应燃料电池的运行是十分重要的;阐述了气体扩散层的一些物理参数(接触电阻、电导率、孔结构、疏水性)的测量方法。     

气体扩散层的组成参数对氧传输阻力的影响

利用极限电流密度法对PEMFCs的氧传输阻力(OTR)进行测定.研究了GDL中的聚四氟乙烯(PTFE)含量、碳粉载量以及碳粉种类这三个主要的组成参数对于OTR影响规律,并结合相关的物理和电化学表征对实验结果进行分析.结果发现:在一定的阴极增湿条件下,OTR随着PTFE含量增加呈现先减小后增加的趋势,当PTFE含量为20％(质量分数)时,OTR最小;随着碳粉载量增加,OTR也呈现先减小后增加的趋势,当碳粉载量为1.0 mg/cm2时,OTR最小.但碳粉载量对于OTR的影响程度明显大于PTFE含量的影响程度.该研究结果为GDL内部传质规律的探索提供了参考.     

质子交换膜燃料电池电极用气体扩散层材料

通过分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)电极用气体扩散层的功能特点及性能要求,对几种常用于PEMFC电极中的气体扩散层材料,如碳纤维纸、碳纤维编织布、非织造布及炭黑纸等进行了评述,介绍了它们的基底制作工艺及后处理工艺,同时对几种典型的憎水处理方法作了简要的说明。针对各种气体扩散层材料存在的缺陷,指出研究开发具有高性能的气体扩散层材料将有利于改善PEMFC电极的综合性能。     

PEM燃料电池组装接触压力的有限元分析

质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)燃料电池组装接触压力对燃料电池的性能至关重要。建立了包括燃料电池端板、电流收集器、双极板、垫片、气体扩散层(gas diffusion layer,GDL)、膜电极组件(membrane electrode assembly,MEA)和螺栓等在内完整的燃料电池三维有限元模型,采用有限元方法研究在不同组装力下PEM燃料电池的接触压力及其分布。有限元分析结果表明,燃料电池组装力增大,GDL与双极板以及MEA与GDL之间的接触压力也随之增大。组装力约为3.0 N·m时,燃料电池双极板与GDL之间的接触压力分布以及MEA与GDL之间的接触压力分布均具有较好的均匀性。     

PEM燃料电池性能损耗的多场耦合仿真分析

燃料电池性能受到诸多因素的影响,涉及到温度、湿度、力和电化学等多种物理场,其性能损耗是多物理场耦合作用的结果,而目前大多数的仿真研究没有全面考虑这些因素,并不能准确反映PEM燃料电池实际工作条件下的性能。基于有限元理论,建立质子交换膜燃料电池性能的多物理场模型,同时考虑装配紧固力对燃料电池的变形影响,模拟了在不同装配紧固力下燃料电池电流密度分布、内部气体压力及水分布情况,分析装配紧固力对燃料电池性能的影响及燃料电池变形后接触电阻的变化,为今后PEM燃料电池多场耦合模型的性能影响参数优化研究提供基础。     

国产碳纤维纸合成PEMFC气体扩散层

以国产碳纤维纸为基体、酚醛树脂为粘接剂,采用液相浸渍法对碳纤维纸进行导电碳黑填充,合成了适合质子交换膜燃料电池扩散层使用的碳纤维纸。采用Pt载量为0．6mg／cm^2的MEA,在70℃H2／O2常压条件下对碳纤维纸组装的单体电池进行了性能测试,测试结果表明：电池输出性能良好,在0．55V时输出功率为520mW／cm^2。     

一体式再生燃料电池双效膜电极的研究

对一体式再生燃料电池双效膜电极进行研究,重点考查了膜电极制备工艺、双效电极催化剂和扩散层材料的影响,并用(SEM)对膜电极表面结构进行表征。结果表明:采用CCM工艺制备的双效复合膜电极表现出优异的燃料电池和水电解双功能特性以及循环稳定性,在燃料电池模式运行时,工作电压为0.708 V@1 000 mA/cm2;水电解模式运行时,工作电压为1.623 V@1 000 mA/cm2,URFC循环运行100 h,电池表现出良好的稳定性。膜电极表面结构和极化特性分析表明:CCM膜电极制备工艺实现了催化层和质子交换膜的一体化,改善了电极与质子交换膜界面稳定性,提高了膜电极的电性能和循环稳定性。IrO2扩散层提高了膜电极在高电解电位下的耐蚀性能,促进了膜电极在循环运行中的稳定性。     

流道截面形状对PEM燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池内电化学反应生成的水和热量会对电池性能产生较大影响,而流道截面形状是影响电化学反应的因素之一.利用FLUENT软件计算了采用不同截面形状流道的质子交换膜燃料电池,获得电池电压-电流(U-(I))曲线,并分析中电流密度下不同流道电池内温度场的分布,研究了在中、高电流密度下梯形流道和圆形流道对电池内水含量分布的影响.结果表明,流道形状对电池性能影响一方面体现在流道与扩散层接触面积越大则电流密度越大,另一方面底部为弧形和侧壁倾斜的梯形流道可在一定程度上降低膜内中心部位水含量.     

PEMFC扩散层微结构的分形维

采用分形理论中的重要参数分形维对质子交换膜燃料电池(PEMFC)扩散层的微结构特征进行描述。通过扫描电子显微镜(SEM)采集了TGP-H-060型碳纤维纸和聚四氟乙烯(PTFE)处理过的TGP-H-060型碳纤维纸的平面图像。采用盒维法分别测定了扩散层不同结构特征体:固体骨架、孔隙及两者间界面的分形维。结合盒维法计算原理,研究了三个特征体分形维之间的关系。研究结果表明,当试样孔隙率大于0.5时,孔隙的盒维数大于固体骨架的盒维数,大于两者间界面的盒维数。通过分析可知,用分形维来刻画扩散层(多孔介质)的微结构特征是合理的。可以考虑将分形理论应用到质子交换膜燃料电池建模过程中,使得仿真计算结果更接近实际情况。     

基于装配力的燃料电池性能数值解析

建立三维、稳态、恒温8通道蛇形流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型,在研究装配力与扩散层(GDL)厚度、GDL孔隙率、GDL变形对流道的侵入量、GDL与双极板(BP)间的接触电阻的前提下,利用CFD软件分析不同装配力下PEMFC的传质、电化学性能.研究结果表明:装配力能够通过影响GDL厚度、GDL孔隙率、侵入量来影...     

回路间距对电力电缆短路电动力的影响分析

为有效降低短路电动力对电缆和金具的损害,科学合理地确定电缆的回路间距,本文采用电磁耦合有限元法对高压大截面电缆短路电动力进行了数值计算和分析。建立了单、双回路下水平敷设和品型敷设的电缆三相短路电磁耦合有限元模型,计算并分析了短路电动力在时间和空间上的变化;分析得到了双回路水平和品型敷设下三相短路电动力最大值随回路间距变化的方程。结果表明,双回路短路电动力与回路间距满足特定函数关系,且存在一个电动力变化斜率的拐点,可根据该拐点确定回路间距。本文研究可为电缆短路电动力理论研究和工程设计施工提供理论和技术支撑。     

台湾质子交换膜燃料电池的研发

燃料电池由于直接将化学能转换成电能,能源转换效率高于一般传统能源技术,同时由于环保无污染的特色,所以也几乎不需任何后处理。简单介绍了6种不同类型的燃料电池,虽然到目前为止燃料电池仍未能完全大量商业化应用,不过质子交换膜燃料电池近期商业化潜力相当大,而2002年6月台湾燃料电池伙伴联盟正式成立,主要目的即为提倡燃料电池技术应用。针对质子交换膜燃料电池的研发工作已展开,主要集中在系统的开发与应用,并已成功开发出千瓦级纯氢定置型发电系统。虽然燃料电池具有许多优于传统能源技术的特点,但是诸如氢气供应、价格等许多商业化的障碍仍然有待克服;长期而言,再生能源与燃料电池结合可能在能源供应方面扮演相当重要的角色。