不同条件MCFC单电池及电堆的电性能研究

利用层叠法分别组装了单体电池及三层、四层和八层的MCFC电堆,实验了不同条件下的伏安特性和功率特性。通过实验得知,温度升高使电池的开路电压和功率特性上升。随着电堆层数的增加,电池的平均功率输出密度增加,而且气体的利用率也增加。通过热力学和动力学关系分析得出结论:性能的提高是由于电池内部损耗相对减少和气体利用率增加造成的,并且平均单片电池的开路电压达到1.15 V,功率密度可达到130mW/cm2。     

熔融碳酸盐燃料电池发电试验研究

概述了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的结构和关键部件的功能及制备方法,组装了200mm×200 mm的MCFC单电池,电流密度最高可达到0.1 A/cm2。在单电池试验成功的基础上,设计加工了560 mm×400 mm的MCFC双极板,并组装了300 W的电池堆,电池堆最高电压3.3 V,平均电压2.8 V,最大电流达到120 A,最大功率达到200W。试验结果验证了所设计的大面积双极板的性能,为研制10 kW级MCFC提供了经验。     

高温燃料电池发电技术分析

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)均可被固定电站应用.对SOFC以及MCFC的发展状况进行了论述,分析了SOFC的发展方向和存在的问题,以及MCFC的材料工艺、发展现状和存在的问题,并从制造成本、电池堆容量、材料体系、商业化示范等方面对2种高温燃-料电池进行了比较分析.分析得出,适合我国绿色煤电计划的高温燃料电池发展技术路线是优先发展MCFC技术,利用国内外积累的MCFC研究成果,尽快实现MCFC的大型化与产业化.     

压电叠堆联接方式及低频发电特点的研究

压电发电是一种新型的振动能量收集技术。论文推导并给出了压电叠堆在33模式低频振动时输出电压和功率的数学表达式,并分析指出了输出电压和功率与压电系数、压电片个数、压电片厚度、激振力、激振频率正相关,与电极面积和介电常数负相关;电学串联的压电叠堆可以输出较高的开路电压;电学并联的压电叠堆可以输出较高的输出电流和功率。文中设计了压电叠堆夹持装置和振动发电实验装置,在振动频率5Hz、激振力26N的情况下得到两片电学串联叠堆和并联叠堆的最大功率分别为0.14μW和0.4μW;实测输出电压随振动频率、电阻、压电片个数、振子厚度和电极面积的变化趋势与理论预测相符。     

质子交换膜燃料电池电堆低温起动的仿真研究

在假定条件下,将每片单电池分成10层,每层看成一个集总参数,在Matlab/Simulink软件搭建由20片单电池及端板组成的瞬态分层集总参数电堆水热管理模型。在-20℃的环境温度下,当电堆的温度保温到0℃时,起动燃料电池电堆,加载标准低温起动工况进行仿真研究,并对单电池输出电压、电堆电池各层不同时刻温度和质子交换膜内水的迁移量随时间的变化进行分析。     

PEMFC的动态特性分析及其PID控制

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)控制系统的非线性、时滞性、复杂性等特点,利用Matlab/Simulink仿真软件建立PEMFC电堆工作仿真模型。在此基础上,采用比例积分微分(PID)算法控制器控制电堆的输出电流。讨论了当电堆输出电流出现阶跃变化时,电堆输出电压、输出功率以及电堆效率的动态响应,并对仿真结果进行了比较分析。仿真结果表明,该模型能够较好地反映PEMFC系统的动态性能,采用的算法具有较好的鲁棒性,有助于改善PEMFC控制系统的设计,提高其性能。     

自励型磁耦合感应取电系统仿真研究

为提升高压线夹测温系统的稳定性和安全性,利用电网仿真技术,建立一种感应取电系统的仿真分析模型,用于分析输电线夹测温系统输入电压、负载电阻和滤波电容对输出电压和输出达林顿管功率的影响。对磁耦合感应取电电路输出电压和达林顿管功率的影响因素进行分析与仿真,仿真结果表明,当输入电压为20～50 V、负载电阻为30～50Ω以及滤波电容C≥100μF时,输出电压与输出达林顿管功率的波动范围最小。仿真还实现了不同元件参数下感应取电系统能效的快速分析,避免了电路设计验证的冗长周期。     

熔融碳酸盐燃料电池发电厂的应用展望

分析了开发熔融碳酸盐燃料电池 ( MCFC)发电厂的必要性、可能性及资源条件。首次从电极、单电池、电堆、系统 4个层次阐述了 MCFC燃料电池的发电原理 ,并分析了 4个层次中发生的主要热、电过程 ;给出了有代表性的天然气 MCFC发电厂、煤气化 MCFC—燃气轮机—汽轮机联合发电厂的原理、构成和主要过程 ;介绍了 MCFC发电系统商业化的最佳容量、燃料选择、全球主要市场的前景、特点以及商业化存在的障碍。简要阐明了我国大力研究和开发 MCFC发电系统的现实意义。     

基于LS-SVM辨识的PEMFC动态建模及仿真

为便于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的动态仿真和控制方案的设计,试图绕开PEMFC的内部复杂性,基于最小二乘支持向量机(LS-SVM),在质子交换膜100%增湿情况下,建立PEMFC输出电压与温度特性的动态模型。模型以负载电流为输入,以PEMFC电堆的输出电压与温度为输出。通过MATLAB仿真对所建LS-SVM辨识模型的有效性和精度进行检验。与电流发生阶跃变化时PEMFC的输出电压和温度实验数据相比,该LS-SVM辨识模型具有较高的建模精度。     

熔融碳酸盐燃料电池发电的应用与商业化

首先分析了开发熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)发电的必要性、可能性及资源条件。然后首次从电极、单电池、电堆、系统四个层次阐述了MCFC燃料电池的发电原理,并分析了四个层次中发生的主要热、电过程;给出了有代表性的天然气MCFC发电厂、煤气化MCFC-燃气轮机-汽轮机联合发电厂的原理、构成和主要过程;介绍了MCFC发电系统商业化的最佳容量、燃料选择、全球主要市场的前景和特点。最后简要阐明了我国大力研究和开发MCFC发电系统的现实意义。     

熔融碳酸盐燃料电池系统建模与控制

熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)是目前商业化前景最好的燃料电池 ,特别适合大容量中心电站和联合循环发电。MCFC系统工作在高温、封闭、复杂的环境下 ,内部状态测量极为困难 ,试验分析代价很高 ,有时几乎是不可能的。为提高MCFC性能并确保其安全、长寿命运行 ,需要采用数值分析的方法 ,建立完善的MCFC数学模型 ,借助模型来进行性能仿真分析和动态控制设计。首先详细介绍了MCFC的电极、单电池、电堆、系统四个层次的建模以及MCFC控制的研究现状 ,并指出了现有模型的不足 ;然后讨论了电堆和系统两级建模的发展方向 ;最后 ,分析了MCFC系统的非线性、大时滞、分布参数、多输入多输出、有约束和随机干扰等特征 ,并根据这些特征 ,提出了两种适宜的控制方法     

小型熔融碳酸盐燃料电池及电池堆的性能

以辊轧工艺制备的多孔金属镍板作阳极 ,多孔氧化镍板作阴极 ,以流延法制备的LiAlO2 陶瓷膜为电解质板 ,以(Li0 .62 K0 .3 8) 2 CO3 为电解质 ,组装了电极面积为 12 0和 3 12cm2 的单电池 ,考察了单电池在升温过程中开路电压和内阻的变化情况 ,以及不同的工作条件对电池和输出功率的影响。在单电池发电成功的基础上 ,分别组装了由 3片和 8片单电池构成的电极面积为 3 2 8.8cm2 的小型熔融碳酸盐燃料电池堆 ,并测定了电池堆的电压和输出功率。试验表明 ,随着工作温度的提高 ,单电池和电池堆的开路电压和输出功率均显著提高 ,并且 ,经过若干天的连续发电 ,其电压和输出功率基本不变 ,说明自制的LiAlO2 电解质板具有良好的热机械强度 ,而电极材料也保持了良好的电催化性能。试验还表明 ,在相同的工作条件下 ,由 3片和 8片相同的单电池组成的电池堆的电压和输出功率分别为单片电池的 3倍和 8倍 ,这表明使用该结构的单电池有望串联成输出功率更高的较大型的电池堆 ,以满足熔融碳酸盐燃料电池的基础研究之用。     

混合装置中高温燃料电池建模综述鲻

由于高温燃料电池发电不受卡诺循环的限制 ,能量转换效率高 ,污染比较小 ,排气温度较高 ,因此将燃料电池与燃气轮机组成混合装置在未来分布式发电领域具有广阔的前景。为了降低研发项目的风险 ,以及对其性能进行深入研究 ,混合装置的建模和仿真成为一种重要的研究手段之一。概述了高温燃料电池的早期模型、细化模型、整体“堆”模型以及控制方面模型 ,重点介绍了典型模型的建模思想和主要的方程 ,为实现燃料电池 燃气轮机混合装置的建模仿真做准备工作。     

生物质气化–熔融碳酸盐燃料电池联合循环发电系统性能研究

将生物质气化与熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell,MCFC)构建为新型的生物质能高效清洁利用联合循环发电技术,气化产生的富氢气体作为MCFC的燃料,通过燃烧半焦以及MCFC中未利用的燃料为气化反应提供热量,进行生物质气化–MCFC联合循环发电系统的模拟研究。运用Aspen Plus软件搭建系统模型并计算,研究了燃料电池内重整及系统工作压力对系统性能的影响。结果表明：生物质气化–MCFC联合循环发电技术具有较高的系统发电效率,可达50%,比常规生物质气化驱动燃气轮机技术高出10个百分点;对于常压系统无需采用内重整,而对于增压系统,采用内重整对系统性能有较大改善;提高系统工作压力可改善其整体性能,最佳工作压力在0.8~1.2 MPa。     

熔融碳酸盐燃料电池－燃气轮机混合动力系统特性分析

文中研究了由熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和燃气轮机组成的混合动力系统。在设计点工况下，MCFC电堆的发电量占系统总发电量的80％，剩下20%的电量由燃气轮机提供。文章在混合动力系统动态数学模型的基础上，结合系统运行的具体过程，通过计算分析，对混合动力系统的动态特性进行了研究。结果表明：当混合动力系统的供给燃料流量变化时，混合动力系统内部各参数均会发生显著的动态变化，从而影响混合动力系统中各部件的运行性能，导致混合动力系统的效率下降。此外，由于各部件之间复杂的相互作用，混合动力系统的负荷响应速度较慢。研究结果还表明，由于供给燃料发生变化而引起的燃气轮机转速的改变，有利于改善混合动力系统的变工况性能。     

Performance of several types of fuel cells and factor analysis of performance

There are four types of fuel cells: Polymer Electrolyte Fuel Cells (PEFC), Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cells (MCFC), and Solid Oxide Fuel Cells (SOFC). The performance of these fuel cells has not been compared. Equations that are able to express the performance of these fuel cells accurately were derived or modified from the latest published performance data. The cell voltages of the four fuel cells were estimated by these equations, resulting in high‐temperature fuel cells such as MCFC and SOFC having higher energy conversion efficiencies than low‐temperature fuel cells such as PEFC and PAFC. This difference originates from low cathode polarization, overcoming both a decrease of open circuit voltage with increasing temperature and higher Nernst losses for high‐temperature fuel cells of approximately 85 mV than those for low‐temperature fuel cells due to steam generation in the anode chamber in the high‐temperature fuel cells. A generalized relationship between cell voltage and operating temperature was derived, stating that the cell voltage is almost constant between 500 °C and 1000 °C. A fuel cell which has protons as a migration species in the electrolyte and works between 250 °C and 500 °C would give a performance comparable with high‐temperature fuel cells due to lower Nernst losses than those for high‐temperature fuel cells. © 2001 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 138(1): 24–33, 2002     

熔融碳酸盐燃料电池的电气建模

熔融碳酸盐燃料电池目前是高温燃料电池研究领域的一个难点,其严格的热启动过程和运行状态对电池性能和寿命的影响至关重要。针对这一问题,建立了基于机理的熔融碳酸盐燃料电池电气模型,详细给出了采用电化学方程的熔融碳酸盐燃料电池电气特性的模型结构、算法、训练、仿真和试验。实验结果证明其快速准确,为熔融碳酸盐燃料电池的系统控制提供了一个实际工程应用模型。     

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)发电系统进展

燃料电池 ,尤其是熔融碳酸盐燃料电池是 2 1世纪最有希望的发电技术。在简要叙述了熔融碳酸盐燃料电池发电系统的发电原理后 ,从以下方面对系统的开发进行了论述 :单体元件 (电极和电解质 )性能的提高 ,燃料的处理 ,余热利用 ,电力调节和并网 ,电池参数 (工作压力、温度、反应气体的组成和利用率、燃料气体湿度 )的控制与优化。介绍了熔融碳酸盐燃料电池发电系统的国内外研究现状 ,给出了天然气外部重整型和内部重整型燃料电池的循环模型。指出熔融碳酸盐燃料电池系统开发面临的主要课题 :延长寿命、降低成本、系统小型化、改善电能质量等 ,给出一种多段熔融碳酸盐燃料电池系统模型