质子交换膜燃料电池电化学阻抗谱敏感性研究

电化学阻抗谱能被用来表征燃料电池内部状态和电化学行为信息,通过构建合适的等效电路模型拟合电化学阻抗谱,可辨识和量化燃料电池内部不同的极化过程及状态.针对质子交换膜燃料电池,系统研究电流密度、工作温度、压力、阴/阳极进气过量系数和阴/阳极进气湿度7种外部工作条件对燃料电池电化学阻抗谱的影响.基于等效电路法,对阻抗谱各频段...     

质子交换膜燃料电池水管理模型

水管理是质子交换膜燃料电池的关键技术之一。建立了包括电极扩散层模型、阴极催化剂层伪均质模型和质子交换膜水传递模型的一维稳态质子交换膜燃料电池水管理模型,得到的电池极化特性与试验结果吻合。在此基础上分析了电池温度和反应气体流量、压力、增湿温度和相对湿度等操作条件对电池性能的影响,为燃料电池发动机系统的仿真、优化和控制提供了一个良好的基础。     

质子交换膜燃料电池数学模型研究综述

为实现碳中和目标,氢能成为了目前清洁能源转型的一个重要方向,其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其高效率、低噪声、低红外信号等特性,受到了汽车领域及特种装备能源方向的关注。质子交换膜燃料电池的工作原理涉及内容多,范围广,且燃料电池是一个非线性、多参数强耦合的复杂动态系统。目前研究人员针对PEMFC建模开展了研究,提出了多种模型对其运行原理及控制状态深入研究,为提升其运行性能、延长使用寿命提供了基础理论参考。建立质子交换膜燃料电池模型,并以模型计算为基础,对燃料电池结构、控制策略等方面进行改良,可有效降低研发成本并推进其商业化进程。通过对常见建模方法进行分类分析,根据其基本特性及优缺点分析相应应用场景,为相关建模研究提供参考。     

质子交换膜燃料电池半经验模型

在燃料电池浓差极化计算过程中,根据基准空气过量系数与实际空气过量系数修正阴极扩散层孔隙率。修正孔隙率后的浓差极化与没有修正孔隙率的结果最大差值为0.06 V,对燃料电池模型计算结果影响较大。利用空气过量系数修正膜的电导率,讨论水管理对欧姆极化的影响,计算结果表明水管理对欧姆极化影响相对较小。综合开路电压和各种极化的计算建立燃料电池半经验模型,并采用该模型计算不同电流密度下,活化极化、欧姆极化以及浓差极化占总极化的比例,结果表明随电流密度的增大,欧姆极化和浓差极化所占比例不断加大。利用燃料电池试验台架进行燃料池的极化曲线试验,试验结果与计算结果十分吻合。     

车用质子交换膜燃料电池仿真技术路线

质子交换膜燃料电池作为燃料电池中重要的一种类型,可应用于汽车及小规模的发电站与便携式移动能源,是当前新能源领域的研究热点.主要针对车用质子交换膜燃料电池的三种仿真参数模型就当前国内外研究进展进行论述.     

高压质子交换膜燃料电池正交试验研究

燃料电池做为汽车动力源时,应能够在多变环境和不同工况下保持高效、稳定的工作状态.燃料电池在不同工况下,其运行参数对燃料电池本身性能的影响是不同的.为给燃料电池提供合适的工作条件,确保燃料电池在高效区运行.通过对高压质子交换膜燃料电池的正交试验研究,分析流量、压力和温度等运行参数对高压燃料电池性能的影响,得到如下结论:空气流量对燃料电池性能的影响较小,随着电流的增加,影响有所增加;空气压力的影响略大,并且在小电流时,这种影响比较显著;氢气压力(压力差)的影响始终很小,几乎可以认为没有影响;燃料电池工作温度对燃料电池性能的影响仍然十分大,并且随着温度的升高,其影响越来越大;随着电流的加大,燃料电池温度的影响也逐渐增大,在高电流状态下,几乎是唯一重要的影响因素.     

400W质子交换膜燃料电池控制系统设计

为了使质子交换膜燃料电池系统能够高效可靠稳定地工作,设计了一种基ATmega128单片机作为核心控制单元的400W空冷型燃料电池控制器,有效地整合了燃料电池发电系统,实现了对氢气供给、空气供给、风扇、模拟量监测和显示等子系统的控制。试验结果表明,该系统设计可靠,运行稳定。     

不同参数对质子交换膜燃料电池输出特性的影响

针对质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)的性能主要受到物理参数影响的问题,通过FLUENT软件建立燃料电池动力学模型,以对物理参数进行研究,得到了直行多流道单体质子交换膜燃料电池的极化曲线并对输出性能进行对比.结果表明:升高工作温度、升高运行压力以及降低...     

小型质子交换膜燃料电池箱体结构设计

小型质子交换膜燃料电池作为目前质子交换膜燃料电池的研究热点之一,其箱体结构设计的灵活、实用、可靠和便捷性更有利于其在小型电子设备和小功率移动电源等领域的广泛应用。考虑了在高压氢气瓶、便携式金属氢化物储气罐等不同氢气供气方式下设计小型质子交换膜燃料电池箱体结构,使其既能在通用供气方式下作为一个单独的部件进行供电,也能快速安装金属氢化物储气罐箱体进行便携式供电,实现了使用的可靠性、灵活性和便捷性。     

质子交换膜燃料电池的三维流场技术研究进展

流场板是质子交换膜燃料电池的核心组件之一,其流场结构直接影响着反应气体的传输分配以及燃料电池的排水与散热性能.常规流场往往存在水分布不均和局部热点的现象,容易导致燃料电池输出性能退化,甚至造成系统崩溃.三维流场具有优异的传质传热特性,能有效提高质子交换膜燃料电池性能,已成为当前研究热点.根据流场结构形式的不同,三维流场...     

Influence of PTFE on electrode structure for performance of PEMFC and 10-cells stack

Water plays a critical role on the performance, stability and lifetime of proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs). The addition of poly tetrafluoroethylene(PTFE) to the gas diffusion layer, especially, the cathode side, would optimize the transportation of water, electron and gas and thus improve the performance of the fuel cell. But until now, the studies about directly applying the PTFE to the catalyst layer are rarely reported. In this paper, the membrane electrode is fabricated by using directly coating catalyst to the membrane method(CCM) and applying PTFE directly to the cathode electrode catalyst layer. The performance of the single cell is determined by polarization curves and durability tests. Electrochemical impedance spectroscopy(EIS) and scanning electron microscopy(SEM) techniques are used to characterize the electrochemical properties of PEMFC. Also the performance of a 10-cells stack is detected. Combining the performance and the physical-chemistry characterization of PEMFC shows that addition of appropriate content of PTFE to the electrode enhances the performance of the fuel cell, which may be due to the improved water management. Addition of appropriate content of PTFE enhances the interaction between the membrane and the catalyst layer, and bigger pores and highly textured structure form in the MEA, which favors the oxygen mass transfer and protons transfer in the fuel cell. While superfluous addition of PTFE covers the surface of catalysts and hindered the contact of catalyst with Nafion, which leads to the reduction of electrochemical active area and the decay of the fuel cell performance. The proposed research would optimize the water management of the fuel cell and thus improve the performance of the fuel cell.     

基于电化学阻抗谱的锂离子电池等效电路模型参数辨识方法

针对常用的等效电路模型参数辨识软件在使用时需用户多次手动调整初始参数,不利于阻抗谱车载应用的问题,提出了一种无干预的等效电路模型参数辨识方法。根据电化学阻抗谱各特征成分与等效电路模型不同电路环节相对应的规律,通过分段拟合的方法自适应地获取阻抗谱拟合的初值,进而实现了等效电路模型参数辨识。通过解析不同老化状态、荷电状态、温度下的阻抗谱,发现该方法与常用参数辨识软件的结果保持一致,从而为阻抗谱在线应用提供了基础。     

燃料电池发动机水热管理仿真分析综述

质子交换膜燃料电池作为燃料电池中重要的一种类型,可应用于汽车及小规模的发电站与便携式移动能源,是当前新能源领域的研究热点.主要针对质子交换膜燃料电池不同维度的水热管理仿真模型的研究现状进行了论述.     

燃料电池式乙醇传感器的研制

利用燃料电池反应原理制备乙醇传感器,可精确检测呼气中乙醇浓度,并对烟雾、汽油等典型的干扰气体具有优异的选择性.传感器电极采用价格低廉、物理化学性质稳定的磺化聚α-甲基苯乙烯制固体质子交换膜作为载体材料,降低了传感器的制造成本,并用硅酸乙酯处理质子交换膜负载二氧化硅以改善膜的亲水吸水性能.传感器采用全固态方式装配,避免了液态电化学传感器的电解液泄漏问题.传感器电极采用丝网印刷工艺制备,提高了电极尺寸的一致性、催化剂的分散度和电极的强度,改善了传感器的稳定性,提高了生产效率.     

基于电化学阻抗谱的退役动力电池荷电状态和健康状态快速预测

针对现阶段检测退役动力电池健康状态存在的耗时长、精度低和能耗大等问题,提出了一种基于电化学阻抗谱(EIS)的电池荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)的快速预测方法。通过对退役磷酸铁锂动力电池在不同SOH、不同SOC和不同温度下的EIS测试和分析,建立了EIS等效电路模型。然后,利用常相位元件参数与退役动力电池SOC和SOH之间的关系,建立数学模型,实现对退役动力电池SOC和SOH的快速估计。验证实验表明,利用这种方法,可以大大减少测试时间至20min以内、节约能源以及实现对未知荷电状态和健康状态的电池的快速估计,预测误差在4%以内。     

基于系统辨识的PEMFC温度非线性建模与预测

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)等一类具有严重非线性的复杂被控对象，提出一种基于模糊模型的模糊预测算法，并对PEMFC系统进行建模。在建模过程中，采用离线学习和在线修正辨识出对象的模糊模型。其中，模型的参数通过模糊聚类初始化和离线反向传播算法进行学习，必要时可通过在线调整后件参数，以使得模型的预测精度能满足实时控制的需要。仿真和实验结果表明了该模糊辨识建模方法具有建模简单、模型精度高等优点，亦证明了该算法的有效性和优越性。     

基于短时脉冲放电与电化学阻抗谱的退役动力电池快速分选与重组方法

针对现阶段退役动力电池筛选效率低、能耗大和成组率低等问题,提出了一种基于短时脉冲放电与电化学阻抗谱(EIS)相结合的退役动力电池快速分选与重组方法。通过对200节同类型不同批次的退役磷酸铁锂动力电池进行短时脉冲放电与阻抗谱测试和分析后,将获取的脉冲电压差、直流内阻、EIS曲线形状特征以及EIS等效电路模型参数作为筛选指标并建立数学模型,实现了对退役动力电池快速有效的分选与重组。验证实验结果表明：该方法能有效地降低能耗,且单节电芯的平均测试时间短至20 min以内,同时成组后的模组一致性指标较好,在工程上具有较大的实用价值。     

车用质子交换膜燃料电池动态建模与仿真分析

基于质子交换膜燃料电池（PEMFC）工作机理的分析,考察工作过程中影响其输出特性的5个主要因素（包括理想电动势、欧姆极化电压、活化极化电压、浓度差极化电压和辅助系统电压）,建立了PEMFC的动态数学模型,利用Matlab/Simulink仿真平台对该模型进行了仿真,结果表明,模型输出能有效反映PEMFC的电压输出特性,为PEMFC控制系统的开发奠定了基础。     

直接甲醇燃料电池技术

介绍了直接甲醇燃料电池 ( DMFC)的基本原理 ,评述了 DMFC技术的研究现状。从产业化角度考虑 ,DMFC的研究应集中在新型高效催化剂和不渗透甲醇质子交换膜的开发两个问题上。