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。     

质子交换膜燃料电池电化学阻抗谱弛豫时间分布研究

电化学阻抗谱技术能够获取燃料电池不同频率阻抗，但对阻抗的构成缺乏进一步解析，难以直接构建精准的等效电路模型进行阻抗拟合分析，而弛豫时间分布（Distribution of relaxation time，DRT）方法不需要定义特定的等效电路模型，即可解析燃料电池不同时间常数的极化过程。针对实验室用质子交换膜燃料电池，在不同运行条件下对其进行阻抗谱测量，并通过Kramers-Kronig关系验证所记录阻抗数据的质量。基于DRT分析方法，系统地解释阻抗谱中各频段阻抗对应的物理或化学意义。研究表明，该电池的电化学阻抗谱主要由3个不同时间常数频段的极化阻抗构成，通过与运行条件相关性的系统分析，确定低频段阻抗为氧气在多孔介质中的传输阻碍，中频段阻抗为与氧还原反应有关的电荷传递阻碍，中高频段阻抗为阴极催化剂层中的质子传输阻碍。为进一步确定DRT分析结果的合理性，采用等效电路模型拟合测量的阻抗数据，辨识的电阻元件参数变化趋势与DRT分析结果一致。     

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。     

薄型流场对燃料电池性能影响的交流阻抗谱法研究

利用交流阻抗测试法对采用薄型流场板的氢气/空气质子交换膜燃料电池单电池进行了表征。实验结果表明,阴极侧流场深度的减小对燃料电池性能的影响几乎可以忽略,而阳极侧流场深度对燃料电池性能的影响则相对较大。对具备不同形式与深度的阳极流场的单电池进行交流阻抗测试和分析,并辅以极化曲线测试,发现阳极侧流场深度从1.0mm的单路蛇形流场降低至0.4mm后,燃料电池在大电流密度下的性能受到影响;当电流密度大于1200mA/cm2时,电池的浓差极化进一步加剧,导致电池的最大输出功率略有下降。尽管如此,由于极板总体厚度的减小,电池的体积比功率密度仍得到很大程度的提高。     

车用低压质子交换膜燃料电池电堆的半经验模型

首先介绍质子交换膜燃料电池建模的现状,然后结合车用情况采用半经验方法进行建模,主要从理论基础出发,简化电堆模型,从中推导出浓差项,提出浓差阻力的概念.根据车用低压电堆的工作条件,采用断电法来获取不同温度下电堆的欧姆损失,用线性拟合方法获得欧姆损失表达式.在保证其他操作条件不变的情况下,改变空气过量系数,通过比较电堆电压的变化情况,采用实数编码的遗传算法对试验数据进行拟合,获得浓差阻力系数的表达式.在获得欧姆、浓差损失的基础上,推导出电堆的活化损失表达式.最终获得车用低压质子交换膜燃料电池电堆的半经验模型,并采用建立的模型对20组不同温度和过量空气系数下的电堆输出电压进行计算,计算结果与实际测量值比较吻合,说明建模方法相当有效,模型精度达到系统优化和控制的要求.     

电解加工间隙中的传质过程及其对电解加工的影响

这里应用流体力学、传质学和电化学理论,分析了电解加工间隙中处于紊流状态的电解质溶液内的传质过程。在此基础上建立了阳极电流密度的计算方法,并讨论了外加电压、电解质浓度、流速等参数对电解加工的影响。     

基于气液两相流模型的电解加工多场耦合仿真

针对电解加工产生的气泡影响加工精度的问题,引入Euler Euler双流体模型对电解加工中气液两相流场进行描述,并耦合电场和温度场相关模型,分析了工具阴极、工件阳极表面气泡率、温度、电导率和电流密度的分布规律;通过调整加工电压、入口压力和出口压力,对工件阳极表面气泡率和电流密度分布进行仿真优化。仿真结果表明：在流速相同的条件下,减小加工电压、增加出口压力能够改善电导率分布,使阳极表面电流密度分布更加均匀。实验结果表明：仿真得到的阳极表面电流密度分布与工件轮廓高度误差分布吻合;采用优化后参数加工出的工件轮廓精度得到提高。     

质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备

采用直接涂膜技术,利用40%的Pt/C催化剂制备质子交换膜燃料电池的核心部分膜电极组件.通过优化催化层中催化剂与Nafion的最佳质量比以及扩散层的微孔层的聚四氟乙烯与碳粉的质量比以改进燃料电池的性能,并利用循环伏安、电化学阻抗谱等技术对电池的电化学性能进行了表征.研究表明催化层中催化剂与Nafion的最佳质量比为3∶1时,对应的电池的活性面积最大,欧姆阻抗和电荷传递阻抗最小.另外,研究还发现在恒电流条件下,当扩散层的微孔层中碳粉质量分数为2 mg/cm2,碳粉与PTFE的质量比为7∶3时,放电性能最佳.     

CO2和H2S对FV520B不锈钢在NaCl溶液中电化学腐蚀行为的影响

采用动电位极化和电化学阻抗谱研究了FV520B不锈钢在3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液以及在分别通入CO_2、H_2S、CO_2+H_2S气体的3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明:在3.5%NaCl溶液中通入CO_2或H_2S时,试验钢的开路电位负移,极化电阻减小,耐腐蚀性能变差;试验钢在4种腐蚀介质中的极化曲线均呈阳极溶解特征,在3.5%NaCl和通入CO_2的3.5%NaCl溶液中,腐蚀受阳极过程控制,在通入H_2S的3.5%NaCl溶液中,腐蚀受阴极过程控制,而在同时通入CO_2和H_2S的3.5%NaCl溶液中,腐蚀受阴极和阳极过程共同控制。     

导电聚吡咯的电化学性能研究

针对聚吡咯(PPy)材料的电化学性能问题,对PPy的制备工艺过程、氧化还原反应、交流阻抗及阶跃响应进行了研究。采用电化学工作站中的计时电位法在镀铜的聚偏二氟乙烯(PVDF)膜表面制备PPy膜,结合循环伏安法(CV曲线)分析了其氧化还原反应,探究了驱动器内部离子迁移过程,分析了引起PPy膜膨胀收缩的机理,并计算了不同扫速下的比电容;利用交流阻抗谱(EIS)测试PPy的阻抗,采用ZSimpwin软件建立了等效电路模型,并根据拟合后的数据计算了电导率;之后对PPy进行了恒电位阶跃测试,探究了充放电时间常数。研究结果表明:循环伏安测试能有效地描述PPy膜的氧化还原状态及内部离子的迁移,交流阻抗测试可将PPy的阻抗电路等效为R(C(RW))电路,恒电位阶跃曲线能准确描述PPy膜的充放电时间常数。