用EIS研究PEMFC膜电极的活化机理

为使质子交换膜燃料电池的膜电极达到和发挥其最佳性能,对其进行活化是一种有效方法,变流强制活化对提高膜电极的电化学性能比较理想。用电化学阻抗谱(EIS)对膜电极活化过程机理的研究表明,氧电极在活化过程中电化学反应电阻大大降低,氢电极和氧电极的双电层电容均显著增大,活化过程大大增加了膜电极的电极有效面积,有利于膜电极性能的提高。     

PEMFC阴极排水的研究

采用可视化方法研究了直条单流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极排水过程。通过分析流道首次液态排水时间和平均液态排水间隔时间的变化,研究了电流密度、增湿温度和气体流速等对阴极排水过程的影响。阴极气体非饱和增湿时,生成水以水蒸气和液态水两种方式排出,水蒸气排水为连续过程,液态排水为间歇过程。随着电流密度和相对湿度的提高,液态水的积累速度增加;随着气体流速的增大,生成的水以水蒸气方式排出的比例增大。     

5kW氢空PEMFC的性能

构建了5kW氢空质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统,电堆工作温度范围为室温到80℃,工作压力为200kPa;研究了5 kW PEMFC的性能特点.结果表明:PEMFC性能随着气体压力和电堆温度的升高而提高.当氢气流量为46 L/min、空气流量为120 L/min时,电池性能最好.     

PEMFC膜电极材料退化的研究进展

对质子交换膜燃料电池膜电极材料的退化行为、降解机理和影响因素进行了综述,认为膜的退化主要原因是:高分子的分解导致膜的电导率下降和膜出现小孔对反应原料渗透.催化层的退化,是由C载体的腐蚀和Pt的电迁移所致.     

PEMFC系统故障诊断的研究现状

综述近年来质子交换膜燃料电池(PEMFC)故障诊断的研究现状,着重分析电极水淹及膜干故障、空气(氧气)供给系统故障和水热管理系统故障的诊断方法和原理。指出PEMFC系统故障诊断技术方法使用、模型建立和范围研究的不足。     

PEMFC水管理的动态分析与仿真

从阳极水传榆、阴极水传输及质子交换膜中的水分布等方面进行分析,建立了燃料电池堆的水平衡和传榆方程.采用MATLAB对水管理动态过程进行仿真,通过仿真结果,对影响燃料电池堆水管理的参数(阴极回流管道常数、进电堆空气流量、喷射水的流量和电流)进行了分析.仿真结果表明:优化的回流管腔的结构可以使电堆保持良好的湿度状态;进电堆空气流量、喷射水的流量和电流等操作条件,需要在电堆工作时选择或控制.     

PEMFC催化层中Nation含量梯度优化研究

提出了一种新的催化层结构,该催化层中的Nafion从内向外成梯度增大.测试显示,新结构的催化层相对于常规催化层不仅开路电压高,而且单电池性能同样优于常规催化层.CV测试结果显示,催化层中Nafion含量的变化对阴极电极中Pt催化剂活性面积影响很小;新电极不仅电阻小,而且具有良好的气体传递能力和排水能力.     

车用燃料电池水故障的在线诊断

质子交换膜燃料电池(PEMFC)易发生水淹、膜干等健康故障。合理的水故障诊断有助于对PEMFC内部的工作状态进行实时监测、预警并及时应对。基于气体压力降的水故障诊断方法搭建PEMFC水故障在线诊断测试平台;介绍气体压力降的理论计算方法;针对某款PEMFC堆进行阴、阳极气体压力降和电压的测试研究及分析。由于实验过程中PEMFC内部水量的变化,前1 000 s时,阴极气体压力降快速升高,阳极气体压力降缓慢升高,电压值快速下降;1 500 s后,阴、阳极气体压力降和电压值趋于稳定。该方法能实现PEMFC水故障的在线诊断。     

大活性面积PEMFC的电流密度分布

利用安装在阳极端板上的35只子电池,测定了活性面积为400 cm2的单体质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作中的电流密度分布.实验结果显示,对大面积燃料电池而言,由于端板紧固过程中带来的应变,容易造成中心部分的电流密度偏低.分析了进一步研究需要考虑的因素,如极板的腐蚀、分割测试的等效性和分割引起的问题等.     

从专利角度分析质子交换膜燃料电池的动态特性

从专利角度分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态特性的研究进展,对国内外相关专利进行检索,分析全球范围的申请趋势、申请人分布、专利技术的类型分布及技术热点,为PEMFC动态特性的研究和中国申请人专利布局的实施提供参考。     

小型自呼吸式PEMFC的研制

研制了一种小型六单体串联自呼吸式质子交换膜燃料电池(PEMFC),阳极采用串联供氢,阴极采用自呼吸式供空气.在300 mA、500 mA下长时间工作时,PEMFC的性能稳定,各单体电池的工作电压较均一.     

加湿对PEMFC性能的影响

研究了在重力作用下,反应气体的湿度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响.通过控制加湿温度,控制反应气体的相对湿度;通过改变阴极和阳极的相对位置,来改变PEMFC内部的水管理.阳极不加湿(阴极加湿)时,PEMFC的性能最差;阴极不加湿(阳极加湿)时,PEMFC的性能最好.阳极在上时,重力对阴极排水有积极的作用;阴极在上时,重力阻碍阴极排水.     

PTFE含量对PEMFC性能影响的数值分析

建立质子交换膜燃料电池(PEMFC)二相流模型,利用实验矫正模型参数,对3种不同聚四氟乙烯(PTFE)含量的PEMFC进行分析。PTFE含量的增加,有助于缓解气体扩散层(GDL)的水淹,10%PTFE含量能极大地提升GDL的排水性能;PTFE含量并非越高越好,PTFE含量为10%时,氧气的扩散系数最大,PEMFC性能最优。     

车用PEM燃料电池堆绝缘电阻的实验研究

电动汽车应用的燃料电池发动机,一般具有100～600V的直流电源电压。应当对其绝缘性能进行相应的试验研究及在线监测,确保符合电动汽车(EV)的电气安全要求。我们利用绝缘电阻在线监视仪在线测量燃料电池发动机中质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆的绝缘电阻,研究各种条件下(如:燃料电池电流输出、操作温度等)燃料电池绝缘电阻的变化规律,为提高和改善电动汽车用燃料电池的绝缘性能提供参考。     

正交设计法确定PEMFC中催化层的最佳配比

利用正交实验设计法优选出质子交换膜燃料电池(PEMFC)电极催化层制备的最佳条件,即制备亲水电极。催化层中不含聚四氟乙烯(PTFE),当Nafion的含量为1.4mg·cm-2、Pt含量为0.4mg·cm-2,以常压的H2和空气分别作为燃料气和氧化剂,电池的最高功率可达到0.37W·cm-2。研究表明,提高Pt/C中的Pt含量将是提高催化剂性能的有效途径。     

PEMFC超调现象的研究

分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC)电流密度的超调现象,从机理上进行了解释.结果表明:电流密度的超调现象是水、气传榆的综合作用引起的,水浓度的升高使氧气浓度下降,而氧气浓度的下降是引起电流密度出现超调的原因.