基于MEMS技术的微型质子交换膜燃料电池

介绍了微型质子交换膜燃料电池的基本工作原理.依据当前微型燃料电池的发展现状,重点探讨基于MEMS工艺的微型燃料电池微流场板、膜电极集合体等基本构件制造过程,提出了其中的关键技术和瓶颈问题.分析了微型质子交换膜燃料电池的微组装和系统集成技术,针对其中存在的问题,提出相关研究方向和解决方案.结合实例,对微型质子交换膜燃料电池的应用领域和应用形式进行了总结和展望.     

流场尺寸对PEMFC性能影响

基于COMSOL Multiphysics仿真软件对质子交换膜燃料电池的阴极流场进行了仿真研究,通过对压力、速度、氧气浓度与电流密度等参数的研究来比较多通道蛇形流场的尺寸对质子交换膜燃料电池的性能影响。指导质子交换膜燃料电池流场设计。     

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。     

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。     

国产质子交换膜燃料电池关键材料及部件的电池组性能

基于质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)技术的实际应用要求,针对其国产关键材料和部件(包括电催化剂、质子交换膜、炭纸、双极板)进行性能表征、电池组制造工艺开发和电池组应用性能研究,结果表明:国产炭纸、复合质子交换膜、复合催化剂以及薄型不锈钢双极板无论是在基本性能还是在电池组应用方面都达到了国外同类产品的水平,能够满足车用燃料电池发动机的要求。目前,复合质子交换膜产品已实现批量生产,炭纸和复合催化剂已具备批量制造能力,薄型不锈钢双极板的批量制造工艺和设备已进入开发阶段,采用这些国产材料和部件组装的PEMFC车用发动机正在进行实际应用考核。初步预计:通过这些国产关键材料和部件的应用,可以将PEMFC的材料成本降低50%以上,同时还可以大幅度提高电池性能,为推进我国燃料电池产品的实际应用奠定基础。     

RuO_2·nH_2O对质子交换膜燃料电池动态响应的影响

为了改善质子交换膜燃料电池在作为移动动力源时的动态响应,提出一种在质子交换膜燃料电池中引入RuO2·nH2O的方法,使质子交换膜燃料电池具备了超级电容器功能.首先以溶胶-凝胶法合成了RuO2·nH2O水溶胶,以提拉法将Nafion膜表面附上一层RuO2·nH2O;将此膜制成膜电极,通过对电极的循环伏安测试和对电池的稳态性能测试的结果证明了RuO2·nH2O的加入没有影响Pt的活性,对电池的稳态性能没有负面影响;通过对电极作多电位电势阶跃计时电流测试和脉冲电流下的电压响应测试,结果显示了RuO2·nH2O作为电容材料加入到质子交换膜燃料电池的膜电极中,在电池瞬间加载时可以缓冲电池电压大幅度衰减的现象,起到了改善电池动态响应的作用.     

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。     

PEMFC性能研究与仿真

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)具有能量转换效率高、相对于传统发动机振动低和噪声低及使用可靠等优点,逐渐成为研究的重点。燃料电池的系统建模需要掌握电学、电化学、热力学、流体力学等知识,提高了系统研究的门槛和复杂度。为了研究质子交换膜燃料电池系统特性,借助AMESIM建立一种燃料电池模型,在此基础上,分析燃料电池的电学特性。发现质子交换膜的厚度、气体扩散层和空气流速对电池性能有影响。     

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质子交换膜厚度均有助于提高燃料电池输出电压,改善燃料电池的性能。研究结论将为PEMFC的设计和实际应用操作提供参考。     

基于Fluent对PEM燃料电池的平行流场仿真分析

利用SOLIDWORKS软件建立带有三种不同流道面积的平行流场PEM(质子交换膜)燃料电池模型,并在专业划分网格软件ICEM CFD中建立这三种PEM燃料电池网格模型。为了得出这三种不同流道面积对燃料电池性能的影响,最后将网格模型导进Fluent进行仿真计算,通过极化曲线和电流密度分布云图分析得出流道面积为187的平行流场在保证了较高功率密度的同时,电流密度的分布也最均匀。