质子交换膜燃料电池流场及气场系统优化设计

将各气场部件作为一个完整的系统考虑,分层次进行气场均匀性设计.首先对外置型空气进气箱结构进行优化设计,使得各单电池的进口流量均匀性得到较大提高;然后对气场的流道型式(直型、蛇型、交指型、单进口、多进口)、尺寸和流动方式(顺流、逆流)以及扩散层的厚度、孔径、孔隙率和分布形态对气场均匀性的影响以统一模型描述,利用CFD软件对流道形式、流道截面尺寸和扩散层孔隙度与孔径等参数进行优化设计,认为计算的3种几何模型中直流道催化层表面氧气浓度分布相对比较均匀;流道宽度减少流道条数增多、扩散层孔隙率和孔径适当减小等都可使得催化层表面氧浓度分布均匀性提高.研究结果对燃料电池气体扩散场的设计具有一定参考意义.     

质子交换膜燃料电池动态特性仿真

在质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells, PEMFC)经验模型的基础上,建立了一种PEMFC动态特性建模和仿真的方法,应用MATLAB的SIMULINK仿真工具建立了PEMFC的动态仿真模型,仿真研究了电池堆的运行参数等对电池输出性能的影响.该方法可以应用于燃料电池的动态特性仿真分析、优化设计和燃料电池系统的自动控制.     

质子交换膜燃料电池动态特性仿真研究

发展了一种质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态建模和仿真的方法.通过对电池稳态经验模型的扩展,运用MATLAB的SIMULINK仿真工具建立了质子交换膜燃料电池动态仿真模型,研究了电堆的运行参数对电池输出性能的影响,仿真结果与实验数据吻合较好.该方法可以用于燃料电池的分析、优化设计以及电池系统的实时控制.     

质子交换膜燃料电池膜电极研究进展

膜电极(Membrane Electrode Assembly, MEA)作为质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)最核心的部件,为PEMFC提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所,直接决定了PEMFC的性能、寿命和成本.为了实现PEMFC大规模商业化发展,制备高功率密度、低Pt载量、长寿命、低成本的MEA尤为关键. MEA经历了从第一代到第二代的发展,目前已进入新一代有序化型的发展阶段,其性能、寿命得到大幅度提升,成本也不断下降.本文分析了三代类型MEA的优缺点,对开发高性能、长寿命和低成本MEA具有指导意义.     

质子交换膜燃料电池动态特性仿真

在质子交换膜燃料电（proton exchange membrane fuel cells, PEMFC）经验模型的基础上,建立了一种PEMFC动态特性建模和仿真的方法,应用MATLAB的SIMUEINK仿真工具建立了PEMFC的动态仿真模型,仿真研究了电池堆的运行参数等对电池输出性能的影响．该方法可以应用于燃料电池的动态特性仿真分析、优化设计和燃料电池系统的自动控制．     

质子交换膜燃料电池动态特性的建模与仿真

详细分析了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的电化学模型。在此基础上，运用Matlab的Simulink仿真工具建立仿真模型，通过此模型，分析当电池电流出现阶跃变化时，电池电压、输出功率、消耗功率、电池效率以及电池等效内阻的动态响应。此模型也可用于电堆的仿真与设计，此研究对燃料电池的优化与控制可提供帮助。     

质子交换膜燃料电池动态模型研究

对近10年内PEMFC从单电池到电池系统的动态模型进行了简要介绍.提出了当前动态模型工作中存在的问题,指出模型工作可能的发展方向1)从微观角度更趋近真实地描述电池内部过程,建立包括电极过程动力学与电化学热力学等的机理模型;2)从宏观的角度发展用于全面描述质子交换膜燃料电池系统的联合数学模型.     

基于质子交换膜动态特性的PEM燃料电池建模与仿真

质子交换膜是燃料电池的核心部分,膜的含水量及膜内阻对燃料电池的性能至关重要。基于质量守恒、能量守恒、电荷守恒和电化学反应动力学,将燃料电池划分为阳极气道、阳极扩散层/催化层、质子交换膜、阴极气道、阴极扩散层/催化层5个控制体,建立了简化的半机理半经验动态模型,描述了H2O和H2等各组分在相应控制体内及燃料电池关于电压、温度、压力和膜含水量等一些重要变量(如电压、温度、压力和膜含水量等)的动静态特性;描述了水通量密度、质子通量密度和含水量等膜内变量(如水通量密度、质子通量密度和含水量等)的动态过程。仿真结果表明,该模型能够较准确地反映运行参数对PEMFC动静态性能的影响。     

质子交换膜燃料电池催化剂研究进展

电催化剂的研究对降低质子交换膜燃料电池(PEMFC)的成本以及提高电池性能具有重要意义.质子交换膜燃料电池催化剂的研究主要是围绕铂系金属为主的贵金属催化剂展开,同时研究降低贵金属催化剂用量,寻找廉价催化剂,提高电催化活性.对电催化剂研究现状进行了综述,并根据目前的研究现状,展望了催化剂的发展趋势.     

质子交换膜燃料电池的湿度特性和水的迁移途径

质子交换膜燃料电池的工作性能与湿度密切相关。本文研究了影响质子交换膜燃料电池水平衡的各种因素:电流密度上升,阴极生成的水量也逐渐增多;随着电地温度的提高,维持电池水平衡的电流密度必须提高;为减小欧姆损失,阳极气流需要增湿。本文分析了质子交换膜燃料电池水迁移的原理。为了利用反应生成的水,要采用水管理方法:水管理不足以获得足够含水率时,应采用加湿技术。本文比较了内外加湿法的优劣,借助数学建模的方法模拟了电池内部的工作过程,预测内部湿化系统可以免除气体交叉现象的出现,可以克服电池性能受到影响的弊病。     

交指状流场质子交换膜燃料电池的数值分析

为研究流场结构设计对电池内的流动、组分传递和电池性能等的影响,建立了一个稳态的三维非等温质子交换膜燃料电池数学模型,应用此模型对一个交指状流场设计的电池单体（电极面积为64 cm ×65 cm）进行了数值研究.数值计算得到了电池的温度、组分质量浓度和局部电流密度等的空间分布,分析了不同电池反应物湿度等对电池特性的影响.结果表明,受传质的影响,沟道下方阴极催化层的温度大于相应沟脊下方的区域;与饱和气流进气的基本工况相比,降低阴极的进气湿度能提高电池的性能,而降低阳极的进气湿度则会导致电池性能的下降.     

Synthesis of Platinum Nanoparticles Modified with Nation and the Application in PEM Fuel Cell

Nation modified Pt nano-particles with size about 4nm were synthesized. The modified particles were absorbed on the surface of carbon nanotubes and used as electro-catalysts for proton exchange membrane fuel cell. Due to the plentiful proton channels provided by the modifying Nation ionomers, the single fuel cell with the modified Pt catalyst has a promised performance . The output was 0.282 W/cm^2 with Pt loading of 0.1 mg/cm^2 ,better than that of unmodified one, which was 0.273 W/cm^2 with Pt loading of 0.1mg/cm^2 .     

流道结构对质子交换膜燃料电池工作性能的影响

质子交换膜燃料电池将氢气分解成氢离子和电子,通过外电路产生电流.流道结构将影响氢气和氧气在燃料电池内的流动状态和分布区域,并最终影响输出电流的大小.针对单流道、平行流道、单蛇形流道和复合蛇形流道的燃料电池进行了模拟计算,分析了气体在流道内的扩散过程和电池输出电压的变化情况,对比了不同流道中氢气、氧气和生成的水的分布情况,以及氢气和氧气的输入速率对输出电流密度和材料利用率的影响,获得了优化的流道结构和工作参数,提高了燃料电池的工作性能.     

重力对质子交换膜燃料电池性能的影响

目的观察重力在采用不同阴极和阳极相对位置时，对PEM燃料电池内水传递的影响，从而得出重力对其性能的影响．方法通过改变电子负载测定输出电压和电流，利用电压／电流密度画出极化曲线．结果对应着阴极在上。阳极在上和阴阳极并排放置这三种相对位置，电池温度、阳极气体加湿温度和阴极气体加湿温度在30℃～80℃之间同步变化，得出六组性能曲线．结论重力对PEM燃料电池内液态水的传递及其性能有影响，电极摆放位置的不同。重力对电池性能的影响程度不同．     

氢-空交指流场PEM燃料电池特性研究

目的研究电池温度、加湿温度、气体流量对氢-空交指流场PEM电池性能的影响,优化操作参数,提高PEM燃料电池的性能和稳定性,降低成本,促进其实用化.方法运用燃料电池测试系统测量了PEM燃料电池的性能,分析了电池温度、加湿温度和气体流量对其性能的影响.结果单有氢气或空气加湿,质子交换膜不能充分湿润,燃料电池性能较低;当电池温度和加湿温度同时等于343 K时,电池性能最佳;实验条件下,空气流量为260 ml.cm-3时,最佳氢气流量为70 ml.cm-3.结论实验结果对PEM燃料电池的参数优化具有重要的参考作用,为其推广应用提供实践依据.     

温度对PEM燃料电池性能的影响

目的研究质子交换膜燃料电池运行中的电池温度、两极加湿温度对电池性能的影响．方法运用质子交换膜电池单体的测试系统进行了不同工作温度、气体加湿温度对电池性能影响的测试实验．结果得到了3个温度在实验条件下。在一定范围、一定间隔内的所有数据组合．结论固定除温度外的所有操作参数条件下。电池工作温度、阴极和阳极的加湿温度对电池性能的影响顺序也是固定的；低电流工作下．电池性能不受操作温度的影响，只与其几何参数有关；电池的极化曲线中存在两个过渡区，过渡区是在一定范围内出现的．实验结果对质子交换膜燃料电池结构的优化和设计具有重要的指导意义．     

Study on two-phase countercurrent flow and transport phenomenon in PEM of a direct methanol fuel cell

The direct methanol fuel cell (DMFC), which allows the direct use of an aqueous methanol solution as the fuel and air (O2) as the oxidant, is a further development of the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). It seems to be the most attractively al-ternative power source for environmentally benign vehicles in the 21st century in view of its all merits, such as its simplicity from systems point of view and its potential infra-structure capability for fuel distribution. The research on…     

弯道行驶车辆瞬态气动特性的数值模拟

应用计算流体力学方法,采用重叠网格的策略,对直道行驶的简化模型进行瞬态数值模拟研究,然后进行风洞试验验证。在此基础上,对弯道行驶状态下简化模型周围流场的瞬态气动特性进行了数值模拟,得到了弯道行驶状态下模型周围的流场分布和气动阻力系数等气动特性,并与直道行驶状态下的结果进行对比分析。结果表明:弯道行驶车辆受到了瞬态侧向力及横摆力矩的作用,并且随着转弯半径的减小,侧向力和横摆力矩急剧增大,行使速度的变化也会带来侧向力和横摆力矩的改变,从而影响车辆的行驶稳定性。本文为进一步研究弯道行驶车辆的瞬态气动特性提供了理论参考。     

直流道PEMFC的综合三维数学模型Ⅱ单电池机理分析

目的研究质子交换膜燃料电池内部的流动和传质过程及电化学反应过程的机理.方法对直流道质子交换膜燃料电池建立综合的三维多组分数学模型,电化学反应速率采用团聚块模型修正,自主开发程序代码对电池内的复杂物理过程进行数值模拟.模拟得到电池内部反应气体的三维速度场、压力场,以及不同电流密度下的气体组分质量分数、局部电流密度和电极反应过电势的三维分布.结果反应气体在电极中的流速比在流道中小3个数量级以上,压力变化不大;阳极反应速率及氢气的传质速率高,电池的极化过电势主要来自于阴极反应;小电流密度下,阴极内氧的组分质量分数、局部电流密度以及电极反应过电势的分布均匀;随着电流密度的增加,这些量趋于不均匀分布,在传质困难的区域局部电流密度值很小,而局部电极反应过电势增大约0.1V,极化的原因主要由于氧组分的传质限制.结论反应气体在电极内的传质是主要由扩散作用引起,在小电流密度时浓差极化较小,随着电流密度的增加,阴极氧组分的传质速率低是产生电池浓差极化过电势的主要原因.     

质子交换膜燃料电池加湿器的建模与仿真

为了深入研究质子交换膜燃料电池加湿器的工作性能,从传热传质学的角度分析膜加湿器系统,建立加湿器的机理模型。当已知加湿器入口气体和水流的状态参数（如：温度、流量、压力）以及加湿器的物理参数（如：气道的几何形状和热传导系数等）时,此模型可以计算出加湿器出口气体的相对湿度、温度以及出口水温等变量值。以1 kW质子交换膜燃料电池的参数为依据,用Simulink进行仿真。仿真结果与实验数据的比较表明,模型能够反映出加湿器的实际工作状况。