伏安曲线与交流阻抗联合解析燃料电池阻力

探讨了采用伏安曲线拟合法和交流阻抗谱拟合法得到的燃料电池电化学极化电阻、欧姆极化电阻和浓差极化电阻之间的关系。研究结果表明,采用这两种方法可得到相近的电化学极化电阻,但欧姆极化电阻和浓差极化电阻的差别比较大。从伏安曲线上得到的欧姆电阻比从交流阻抗谱曲线上得到的欧姆电阻大,高出的部分为电池的接触电阻。从交流阻抗谱曲线上得到的浓差极化电阻只包括了迁移离子在电极内部和表面上的扩散阻力,不包含气体扩散的阻力;从伏安曲线上得到的浓差极化电阻不适合外推至低电流密度和超出实验数据点的高电流密度范围。     

Li^＋＋在Li4/3Ti5/3O4电极中嵌入过程的动力学研究

采用直接融盐法合成了尖晶石化合物Li4/3Ti5/3O4,采用X-射线衍射分析（XRD）和扫描电镜（SEM）对其进行物相分析。采用交流阻抗测试（EIS）研究了新鲜电极首次嵌锂过程中的电化学阻抗特征。通过选取适当的等效电路拟合实验所得的电化学阻抗谱数据,获得了首次嵌锂过程中固体电解质相界面膜（SEI）电阻、电荷传递电阻、Warburg扩散系数、累积电容和锂离子扩散系数随电极极化电位的变化规律。     

碱性Zn-MnO_2电池的电化学阻抗谱

在0.035H_2-6.5KH_2范围内测定了小型碱性Zn—MnO_2电池在不同荷电状态下的电化学阻抗谱。随着电池输出容量的增加,欧姆电阻和电荷传递电阻增大。建立了电池的等效电路,并根据阻抗数据求得等效电路各电化学参数值。     

电化学阻抗谱法预测锂电池荷电状态

为了准确预测使用过程中的电池荷电状态,提出了电化学阻抗谱预测法.通过试验曲线得知电池的阻抗图谱包含一个高频区的感抗弧和两个低频区的容抗弧,由此建立了锂电池合理的等效电路,并通过非线性拟合的最小二乘法和电化学知识相结合,解析了等效电路中的元件参数值.研究各参数随荷电状态变化的规律,发现阻抗模的最大值处的频率fmax、相角参数φ以及等效电容CS可用于锂电池荷电状态的分析和预测.     

伏安曲线拟合法研究燃料电池的极化阻力

伏安曲线是对燃料电池电性能进行表征的一项重要手段,通过对伏安曲线的拟合可以计算出电池的各类极化电阻.由于从理论出发推导出来的伏安曲线公式中含有对数项和难于测得的气体分压等参数,因此无法对其进行拟合.在对伏安曲线形状特征进行分析的基础上提出了一个具有实用价值的拟合公式.利用该公式对实验数据进行拟合得到的结果与原始数据之间有着很好的一致性,根据拟合公式还可以计算出电池在不同电流密度下各类极化电阻.     

弛豫时间分布函数应用于电化学阻抗谱分析

电化学阻抗谱作为一种现代测试手段,对测试和提高锂离子电池的性能提供了便利.由于电化学阻抗谱无法直观地反映电池内部的结构以及电化学过程,且常用的等效电路模型方法在分析电化学阻抗谱上存在一定的局限性,因此引入了弛豫时间分布函数方法用于分离和量化电池内部的电化学过程.构建了一套完整的用弛豫时间分布函数方法分析锂离子电池的电化学阻抗谱的流程,并成功应用于磷酸铁锂原型电池的电化学阻抗谱分析中.     

甲醛在Au/Ti电极上电氧化的交法流阻抗研究

采用电化学阻抗谱(EIS)研究了甲醛在Au/Ti电极上的电氧化过程,通过对Nyquist图的理论分析,求得一系列甲醛电氧化的动力学参数.运用R1[C1(R2W1)]形式的等效电路对甲醛电氧化的阻抗图谱进行了模拟,较好地解释了甲醛电氧化实验中的动力规律.同时考察了极化电位和甲醛浓度对电化学交流阻抗谱的影响,发现在极化电位-0.5 V时甲醛氧化最易进行,随着甲醛浓度的增加电荷转移电阻Rα不断减小.     

甲醛在Au/Ti电极上电氧化的交流阻抗研究

采用电化学阻抗谱(EIS)研究了甲醛在Au/Ti电极上的电氧化过程,通过对Nyquist图的理论分析,求得一系列甲醛电氧化的动力学参数。运用R1[C1(R2W1)]形式的等效电路对甲醛电氧化的阻抗图谱进行了模拟,较好地解释了甲醛电氧化实验中的动力规律。同时考察了极化电位和甲醛浓度对电化学交流阻抗谱的影响,发现在极化电位-0.5V时甲醛氧化最易进行,随着甲醛浓度的增加电荷转移电阻Rct不断减小。     

基于Nelder-Mead优化的PEMFC三阶RQ等效电路参数辨识研究

精确、有效的燃料电池等效电路有助于分析燃料电池内部工作情况,确保燃料电池系统稳定可靠地运行。针对燃料电池内部工作状态无法使用传感器精确监测的问题,提出了基于Nelder-Mead优化算法的PEMFC 3阶RQ等效电路参数辨识方法 ,根据电池工作原理建立3阶RQ非线性等效电路模型,将模型参数与实际物理意义相结合建立复数域下的实部、虚部加权目标函数,最后在电化学交流阻抗谱实验的基础上进行参数辨识研究。研究结果表明:在相同初始条件下,Nelder-Mead优化算法在精度、速度上与最小二乘法相当,但抗干扰能力更强;与遗传算法相比,精度相当但速度更高,可以用于燃料电池的在线参数辨识。     

变压器油纸绝缘等效电路参数辨识及绝缘状态对参数的影响分析

通过回复电压特征量的测量值,利用果蝇算法求解出变压器油纸绝缘等效电路参数。将所求参数代入仿真模型得到回复电压极化谱,其与测量值拟合很好,验证了所求参数的正确性。根据电压等级、容量的大小,将7台变压器分成3组,计算出各变压器的油纸绝缘等效电路参数,并分析了绝缘状态对等效电路参数的影响。分析结果表明,绝缘状态较好的变压器的绝缘电阻、极化电阻和最大时间常数,要大于绝缘状态较差的变压器的绝缘电阻、极化电阻和最大时间常数。     

热压复合的燃料电池用亲水-憎水复合电极

对憎水电极和亲水电极进行热压复合,制备了燃料电池用亲水-憎水复合气体扩散电极;通过极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)等方法研究了电极结构对电池性能的影响。该复合电极既具有憎水电极气体扩散速度快的特点,又具有亲水电极质子传导通道多的优点,降低了电化学反应电阻,扩大了催化反应的三相界面,提高了燃料电池的性能。在电流密度为1000mA/cm2时,使用复合电极的电池的电压比使用亲水电极和憎水电极的电池分别高19.6%和15.1%。     

MH-Ni蓄电池正负极阻抗分布的电化学研究

应用电流阶越法、线性电位扫描法及电化学交流阻抗法分析了MH-Ni蓄电池正负极的阻抗分布,考察了电极阻抗在放电过程中的变化,对比了正负极的各个阻抗参数,讨论了上述三种电化学方法在电极体系阻抗分析中的优点及缺陷。测试结果表明,在放电初期,负极的欧姆阻抗和电化学阻抗远大于正极,是电池欧姆阻抗的主要组成部分。随着放电程度的加深,负极的阻抗减小,正极的欧姆阻抗与电化学阻抗不断增大,最终接近或超过负极。正极的浓差极化远大于负极,且随放电深度的增大显著增加,是影响电池性能的主要因素。通过成品电极的阻抗分析为提高电池各项性能提供了有效途径。     

直接甲醇燃料电池膜电极性能衰退原因的分析

分析了直接甲醇燃料电池在长时间运行过程中膜电极(Membraneelectrodeassembly,MEA)性能衰退的原因。电池经过86h的恒电流放电后,比功率由130mW·cm-2降为100mW·cm-2,现场(In-Situ)交流阻抗技术对电池放电全程监测的结果显示了电池的欧姆电阻、电荷转移电阻和传质阻力随放电时间的延长逐渐增大;循环伏安测试的结果表明,放电后电极的有效电化学反应表面积有所减小;通过扫描电子显微镜(SEM)观察了放电后MEA断面形貌,发现催化层与Nafion膜间存在明显剥离,增大了质子传导阻力。上述因素的综合作用导致了膜电极的衰退。     

阀控铅酸蓄电池正极板栅的电化学行为

采用循环伏安曲线、电化学阻抗谱和Tafel曲线研究了阀控铅酸蓄电池正极板栅的电化学行为。不同扫描速度下的循环伏安曲线表明,扫描速度增加,体系的可逆性逐渐变差,峰值电流随扫描速度增大而升高。不同温度下循环伏安曲线表明,随着温度的升高,析氢量和析氧量逐渐增多,氧化峰与还原峰的峰值电流随温度升高而增大,电化学极化减小。电化学阻抗谱表明,板栅的耐腐蚀性和电导率与电荷转移电阻有关。Tafel曲线表明,高温时效工艺的正极板栅更容易腐蚀。     

空气中SO2杂质气体对PEMFC性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)通常采用空气作为氧化剂的载体,空气质量对PEMFC的性能产生一定的影响,而其中SO2是空气中的主要污染物之一.主要通过恒电流放电曲线、极化曲线、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等方法,研究了空气中含不同浓度的SO2时电池的中毒行为,并初步分析了催化剂中毒的机理,为进一步解决燃料电池环境适应性问题奠定了基础.     

催化层与扩散层热压结合对DMFCs性能的影响

通过压汞法(MIP),交流阻抗法(EIS)研究了催化层和扩散层之间的结合条件对直接甲醇燃料电池(DMFCs)性能和稳定性的影响.结果表明,将采用转压法制备的膜电极与扩散层热压结合可以优化阴极扩散层的孔径结构,形成有利于水从阴极到阳极传输的返水结构,降低了传质阻抗,改善了在常压低化学计量比空气进料条件下阴极容易水淹的问题,显著提高了DMFCs单电池的性能和稳定性.     

PEM fuel cell testing by electrochemical impedance spectroscopy

Nowadays, proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are candidate as middle term power sources for automotive, stationary generation and portable power applications. In order to introduce these devices into the market an improvement in their performances seems necessary, as well as the development of an effective control system able to find their optimal operating conditions. This paper deals with electrochemical impedance spectroscopy (EIS) using an effective tool, where a cost-effective measurement hardware has been developed creating a software to analyze the results. Both single fuel cells and stacks have been tested in various operating conditions. This experimental approach allows to highlight variations of model parameters and to perform a further analysis of the processes occurring in a fuel cell through electrical circuit models. A special attention is given to the experimental results, in order to address fuel cell malfunctions using the EIS approach as an effective diagnostic method.     

pH值对钙钛矿催化剂结构和性能的影响

在溶胶凝胶法的基础上,通过提高初始溶液pH值的方法,制备了纳米级的钙钛矿催化剂,采用了X射线衍射法(XRD)、透射电子显微镜法(TEM)对催化剂的物相进行了表征;用此催化剂制作了双功能氧电极,并采用电化学极化曲线、交流阻抗谱、充放电性能测试对其进行了分析。结果表明,随着初始溶液pH值的增大,催化剂的电化学性能提高,其中初始溶液pH值为9～10时,晶体粒径最小,电极的极化电流密度最大,交流阻抗值最小,电池的充放电性能最佳。     

用EIS研究PEMFC膜电极的活化机理

为使质子交换膜燃料电池的膜电极达到和发挥其最佳性能,对其进行活化是一种有效方法,变流强制活化对提高膜电极的电化学性能比较理想。用电化学阻抗谱(EIS)对膜电极活化过程机理的研究表明,氧电极在活化过程中电化学反应电阻大大降低,氢电极和氧电极的双电层电容均显著增大,活化过程大大增加了膜电极的电极有效面积,有利于膜电极性能的提高。     

电解池对石墨电极性能的影响

运用电化学阻抗谱(EIS)结合循环伏安(CV),研究了石墨电极在三电极玻璃模拟电池和三电极扣式模拟电池中的首次阴极极化过程.玻璃模拟电池中获得的石墨电极首次阴极极化的EIS特征及其变化,可解释固体电解质相界面(SEI)膜的形成过程;扣式模拟电池中石墨电极首次阴极极化过程的EIS,可解释石墨电极中感抗产生的机理.