直接二甲醚燃料电池研究进展

从二甲醚(DME)燃料的特性和直接二甲醚燃料电池(DDFC)的优势出发,介绍了DDFC电池和电堆的开发和研究进展.分析了DDFC膜电极(MEA)中的关键材料,电催化剂、气体扩散层、电解质膜等对电池性能的影响.此外,总结了运行条件对电池性能的影响,并讨论了DDFC目前存在的问题和未来的发展方向.     

质子交换膜燃料电池的三维数学模型

采用聚集体模型描述催化层结构,建立了包括蛇形流道、扩散层、催化层和电解质膜的质子交换膜燃料电池(PEMFC)三维流体力学模型.模型方程借助Fluent 6.0求解.模拟极化行为与实验结果一致,证实了模型的有效性.给出了流场和工作电流密度等参数的空间分布.计算表明:在一定范围内增加催化层孔隙率和电解质含量,会降低燃料电池的性能.模型适合于考察催化层参数对PEMFC的影响.     

阴极扩散层孔隙率不同分布对PEMFC性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极扩散层孔隙率分布对电池性能影响很大。建立了一个单电池的三维模型,分别考虑了阴极扩散层孔隙率单一分布、线性梯度分布、随机分布等情况,并用有限控制体法对模型进行了求解。研究结果表明,在大电流密度下,阴极扩散层孔隙率的不同分布形态会不同程度地影响阴极氧气质量传输和液态水的排出,从而影响电池性能。     

质子交换膜燃料电池及系统建模的研究与进展

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行数学模拟,有助于了解电池内部的物理化学过程,为进一步优化电池结构、尺寸和操作条件提供参考。详细介绍了目前PEMFC关于质子交换膜、电极、单电池,电池组和系统四个尺度上的建模现状,并指出了现有模型的优缺点。主要讨论:(1)全氟磺酸膜反胶束离子簇模型,微观尺度上膜的传递机理;(2)电极内传质、传热过程,分析各种电极模型的有效性; (3)水在膜内的传递现象,表明控制适当的水分布对提高电池性能非常重要;(4)单电池模拟过程中对热平衡和水平衡同时考虑。最后,分析了质子交换膜燃料电池建模的发展方向。     

直接甲醇燃料电池两相传质过程研究进展

为了揭示直接甲醇燃料电池两相流及其对电池性能的影响,从可视化研究和数学模型研究两方面综述了直接甲醇燃料电池中气、液两相流的研究进展.概述了阳极和阴极两相流研究,介绍了流场模型、扩散层模型、催化层模型及质子交换膜模型等数学模型.阴极进行可视化研究是必要的,数学模型与实验结合起来研究能更好地促进模型研究的发展.     

几何尺寸对楔形流场PEMFC性能的影响

在三维非等温单相模型的基础上,比较了质子交换膜燃料电池(PEMFC)楔形流场与平行流场的电池性能,且对楔形流场进行了高度及宽度方向上尺寸的变化,分析了其对电池性能的影响.结果表明:随着楔形流道楔高比的减小,楔形流场可提高PEMFC的电池性能;保持流道进口截面宽度不变时,随着楔宽比的增大,燃料电池性能呈先升高后降低的趋势...     

质子交换膜燃料电池两相流模型研究综述

质子交换膜燃料电池中有效的水管理(尤其是两相水管理)和电池系统内部良好的水平衡是确保电池稳定运行及具有优良性能的关键因素。对质子交换膜燃料电池的工作原理、液态水的生成和迁移过程及水管理现状进行了阐述,重点对质子交换膜燃料电池二维、三维两相流模型研究的内容、现状及模型的优缺点做了较全面的综述。     

直接二甲醚燃料电池的研究进展

介绍了直接二甲醚燃料电池的工作原理及其所用燃料二甲醚的性质.综述了目前文献中提出的二甲醚在Pt电极上的电化学氧化机理,并分析了目前二甲醚电催化氧化机理研究中存在的分歧和问题.此外,总结了电池温度、二甲醚的湿度、电池阳极催化剂以及固体电解质膜对电池性能的影响,讨论了直接二甲醚燃料电池今后的研究方向.     

微孔层对PEMFC自增湿性能的影响

提出了一种微孔层结构模型.制备了具有亲水/疏水复合孔结构的微孔层,并与涂有催化荆的Nafion212膜组装成单体电池进行性能测试.研究表明,制备的微孔层的保水性增加.在无外增湿的情况下与传统微孔层相比,制备的微孔层组装成的单体电池性能较好.在电流密度为400 mA/cm2时,电池的电压提高了约0.1 V,在一定程度上实现了电池的自增湿操作.     

质子交换膜燃料电池模型研究进展Ⅱ全面描述PEMFC机理的模型

数学模型是分析和优化燃料电池性能的有用工具,质子交换膜燃料电池(PEMFC)的模型研究是其技术发展和创新中必不可少的重要工作。对全面描述PEMFC机理模型的研究情况进行了综述,分别介绍了描述燃料电池的一维、二维和三维模型,分析和讨论了传质、传热和电化学反应过程及其对电池性能的影响,特别是水和热管理与传质限制,最后提出了在这些模型研究中须要解决的一些问题。     

PEMFC热管理的研究进展

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行热量平衡计算,就热量的传递、综合利用,燃料电池热电联供技术,进行了阐述.对PEMFC热管理的数值模拟进展进行了综述,指出热管理数值模拟正逐步向三维数值模拟方向发展;完备的数值模拟将为PEMFC的热管理奠定良好的理论基础.     

PEM燃料电池迷宫流场双极板的电化学性能研究

双极板流场结构对质子交换膜PEM(proton exchange membrane)燃料电池的电化学性能至关重要。基于双极板的工作原理和有限元分析FEA(finite element analysis)理论,设计了一种用于PEM燃料电池的新型迷宫流场结构双极板,通过建立包括质子交换膜、催化层、气体扩散层、迷宫流场结构双极板和流道在内的完整PEM燃料电池的三维模型并进行数值分析,研究具有该迷宫流道结构双极板PEM燃料电池的电化学性能。此外,还制备了具有该迷宫结构的石墨双极板试样并进行电化学性能实验。研究结果表明,在保持PEM燃料电池其他参数一致时,具有迷宫流场双极板的PEM燃料电池有较大的功率密度,其最大值为520.283 mA/cm2,实验结果与模拟结果一致,验证了数值模拟的可靠性。     

质子交换膜燃料电池的热模拟

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的热问题模拟现状,根据研究问题的需要,对模拟相关的模型进行了描述,并应用计算机模拟技术对质子交换膜燃料电池进行了热模拟。从热源、温度场在质子交换膜燃料电池内部的分布情况以及电池性能等方面进行了分析和讨论,得出了结论:热源、温度在质子交换膜电池内部分布的不均匀性和不同电流密度情况下膜电极组件的温差。电池性能曲线与试验结果进行了比较,模拟与试验结果基本吻合。     

PEMFC的通用稳态电压模型的开发

为了进行电池控制设计而为电池输出电压建立模型。在分析大量文献的机理模型和经验模型的基础上,将机理和经验两种建模方法良好结合,重点是改进电池膜阻抗部分的模型,目的是使得到的PEMFC电压模型因为基于机理基础而具有灵活的有效性,同时又有经验的形式而具有适合控制的简单性。多组PEMFC实验数据的验证表明,提出的膜阻抗模型能够在电流密度为0～0.9A/cm的范围内准确预测各种Nafion117膜的阻抗,电压模型能够在很大的电流密度范围内,适用于具有不同反应面积和不同特点Nafion膜的PEM燃料电池,因此是PEM燃料电池发电系统仿真和设计分析的一个很有用的工具。     

Modeling and testing of a 1.2‐kW Nexa fuel cell using bond graph methodology

Confronted by the energy and environmental challenges, fuel cells raise a lot of hope. Fuel cells are expected to be an important power source in the future, and the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is one of the potential candidates, being highly suitable for certain applications. The electrochemical components, especially a fuel cell, are naturally multidisciplinary components rather well adapted to this approach: chemistry, electrochemistry, thermal and electrical engineering are involved. We propose a PEMFC model using the bond graph method. This model takes into account the different physicochemical phenomena in a fuel cell. The modeling of the activation layer (AL) and gas diffusion layer (GDL) of the cathode side is highlighted. This model is then validated by an experimental work where we have used a 1.2‐kW power PEMFC of the Nexa type from Ballard. The static characteristics of the fuel cell obtained by simulation are in good agreement with those of experiments and also from the literature. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

质子交换膜燃料电池电极结构的扫描电镜分析

质子交换膜燃料电池采用固体聚合物膜为电解质,简化了电池的水和电解质管理;薄的电解质膜使其可以获得非常高的比能量;高度可靠性和环境友好使其在用于航天、陆地和水下设备电源等方面具有广泛的应用前景。良好的电极结构是获得高的电池性能的先决条件。本文采用扫描电镜,对质子交换膜燃料电池的铂电催化剂、电极表面和电极切面等进行了分析。结果表明：只有良好地分散,催化剂才有较大的表面积;电极的催化层经热压后,厚度减薄一半;在电极内过多地浸入Ｎａｆｉｏｎ将增大电解质电阻,采用喷涂法向电极内浸入Ｎａｆｉｏｎ易在电极表面形成一层电解质薄膜,造成电极内Ｎａｆｉｏｎ不足,表面过剩,减少电极反应界面和增大质子传递阻力。     

质子交换膜燃料电池移动电源温度模糊控制

质子交换膜燃料电池移动电源是当前燃料电池研究领域的一个重要方向,也是一个研究热点,其中质子交换膜燃料电池的温度控制对移动电源的电池性能影响很大。从应用的角度出发,采用多变量模糊推理和模糊逻辑控制的理论,对质子交换膜燃料电池温度控制进行了研究,建立了质子交换膜燃料电池移动电源的温度模糊控制系统,以有效地解决质子交换膜燃料电池温度控制的时变性、大滞后、不确定性和强耦合的难题。经过计算机仿真,结果表明此控制方案是合理和有效的,而且满足它的温度控制特性的要求。     

计及多堆燃料电池效率特性的氢储混合系统协调优化控制方法

针对传统多堆燃料电池的控制方法难以解决系统全功率范围高效运行与暂态电压稳定的问题,提出了一种计及多堆燃料电池效率特性的氢储混合系统协调优化控制方法,分为系统优化分配层与装备协调控制层。在系统优化分配层,提出了一种优化分配与轻载运行策略,以多堆燃料电池系统的效率最优为目标求解全功率映射集合,实现多堆燃料电池功率的优化分配,并避免燃料电池运行于轻载区间;在装备协调控制层,提出了一种燃料电池和电池组暂态功率快速平衡控制与稳态能量互补方法,实现两者之间暂、稳态的能量互补,抑制系统直流母线电压波动,提高系统的运行稳定性。基于Simulink平台进行算例分析,结果验证了所提协调优化控制方法的可行性与正确性。     

燃料电池冰点以下低温特性研究现状

在冰点温度以下的启动问题是制约质子交换膜燃料电池产业化的技术瓶颈之一.从冷启动行为与性能衰减和恢复、低温下膜中水形态、催化层电化学性能损失、扩散层、微孔层、电极孔结构破坏等方面评述了低温操作和冷启动对燃料电池电极材料、膜电极组件和电池组性能的负面影响,并对燃料电池的冷启动解决方案和防冻措施进行了分析与评价.