质子交换膜燃料电池电堆活化过程研究

活化对质子交换膜燃料电池的性能有重要影响.采用自行设计的燃料电池电堆活化程序,对25 kW质子交换膜燃料电池电堆的活化过程进行了初步研究,考察了在活化过程中及活化之后电堆的性能.研究表明,采用变流强制活化方法可以较快完成活化过程,需要进一步探索加快质子交换膜燃料电池电堆活化过程的程序和方法.     

PEM燃料电池进气箱的流场分析与结构优化

建立了一个燃料电池堆进气箱的三维结构模型，应用计算流体动力学软件分析流场。描述了空气箱中的典型流动，同时还讨论了影响空气箱内空气流动的主要因素。通过研究进气箱结构形状及尺寸对箱内空气流动的影响，发现采用合适的扩压型进口加流线型挡块可以使空气箱出口处空气流速比较均匀。     

PEM燃料电池操作参数优化实验

质子交换膜(PEM)燃料电池操作参数的优化是提高其性能和稳定性的重要手段.介绍了燃料电池测试系统的主要功能和使用方法,并运用此系统试对PEM燃料电池动态特性进行了测试.分析了操作参数对PEM燃料电池性能的影响.研究结果发现仅加湿空气或氢气,电池电流密度低,为了获得良好的电池性能,空气和氢气必须同时加湿;电池的加热温度过高或过低,PEM燃料电池的电流密度都很低;加湿温度过低时的电池电流密度比加湿温度过高时的电池电流密度更低;电池温度343 K和加湿温度333 K时,燃料电池的电流密度最大;加大反应气体空气的流量,燃料电池的电流密度一直增大;而增大氢气流量时,电池的电流密度先增大,而后趋于平稳.实验结果对于促进PEM燃料电池的商业化具有重要意义.     

PEM燃料电池的流场设计

质子交换膜燃料电池流场的合理设计有利于组分浓度、电流密度等的均匀分布,从而达到提高电池性能的目的。采用计算流体力学软件Fluent中的PEM模块,对3种常见的流场形式分别从氧气摩尔浓度、膜中水含量和电流密度分布等3个方面进行了综合分析。结果显示,电池性能由高到低依次为:多蛇形I流场、多蛇形II流场和平行流场。该方法可用于指导质子交换膜燃料电池空气流场的优化设计。     

反应气体流量对PEM燃料电池内部电流分布的影响

电流分布是PEM燃料电池的一个重要性能指标,在线测量电流分布有助于理解电池中的传递现象以及优化电池结构和操作参数.采用电流分布测量垫片技术,实验研究了反应气体流量对单蛇形流场PEM燃料电池内部电流分布的影响.实验结果表明,氢气或空气流量不足时电流密度沿气体流动方向降低;增大气体流量既有利于提高各区域的局部性能,又有利于电流密度的均匀分布.但当氢气流量增大到一定程度后,继续增大氢气流量对电流密度分布和燃料电池性能没有显著影响.     

PEM燃料电池操作性能实验分析

目的研究质子交换膜燃料电池运行中电池的工作压力、反应气体流量对电池性能的影响．方法对质子交换膜电池单体在不同工作压力、不同气体流量下的电池性能变化做了测试并将得到的实验数据进行对比及理论分析．结果通过实验得出了压力和气体流量对电池性能影响的规律曲线．结论PEM燃料电池的性能随着压力的升高而提高．随气体流量的变化，可将曲线划分为气体供应短缺、饱和和过量三个区域．同时按照电流密度计算所得到的气体消耗量可以在实验中得到很好地验证．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．     

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。     

PEMFC膜电极的活化研究进展

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)的性能很大程度上由膜电极决定.新组装的PEMFC需要对其膜电极组件(Membrane Electrode Assembly, MEA)进行适当的活化,才能达到稳定的性能.通过活化MEA可使质子交换膜充分润湿,并建立有效的质子、电子、气体及水的传输通道,从而提高PEMFC的放电性能和稳定性.本文综合分析了PMEFC的活化机理,并将活化类型分为三种:预活化型、放电活化型和恢复活化型.分别对三种活化类型的特点进行了阐述,并对PEMFC的活化工艺研究进行了展望.     

气体流量对PEM燃料电池电流密度分布的影响

气体流量对质子交换膜(PEM)燃料电池的性能和运行成本具有重要的影响.利用燃料电池电流密度分布测量垫片对PEM燃料电池的电流密度分布进行了测量,分析了氢气流量和空气流量对其性能的影响.实验显示空气流量不足时,PEM燃料电池中所有局部电流密度都较低;增大空气流量,所有局部区域的电流密度都均匀增大;氢气流量不足时,入口附近局部电流密度较大,而出口附近局部电流密度几乎为零,电流密度分布曲线中出现局部电流密度快速降低区;增大氢气流量,入口附近局部电流密度增大,局部电流密度快速降低区域向气体出口处移动;当氢气流量大于120 sccm后,局部电流密度几乎不变;实验结果对PEM燃料电池操作参数和性能的优化具有重要的参考作用.     

PEM燃料电池膜电极边框材料对膜干湿应力影响研究

质子交换膜(Proton Exchange Membrane,PEM)是燃料电池的核心部件之一膜电极的最重要组成部分。在实际使用过程中,膜电极边框在燃料电池的组装和运行时,对PEM起到保护性作用。但在燃料电池的启停过程中,干湿交替的使用环境会引起PEM中存在应力现象。然而,边框材料是最主要的因素,因为其选取不当会在PEM上形成应力集中,以致造成PEM的失效,因此边框材料的选择有利于保证MEA正常功能。基于此,拟采用2D有限元方法分析不同物性参数的MEA边框材料对PEM产生的应力影响进行研究。结果表明,当边框弹性模量高于PEM弹性模量时,边框端部与PEM交界处会存在应力集中现象,并且此值随着边框模量的减小而降低;然而当边框弹性模量与PEM的弹性模量接近时,在交界处产生的应力集中值小于PEM的安全许用应力值。     

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.     

PEM燃料电池的伏安特性及其影响因素

目的研究质子交换膜(PEM)燃料电池的操作参数的影响,提高PEM燃料电池的性能和稳定性,降低PEM燃料电池成本,促进其实用化.方法运用燃料电池测试站对有效面积为4 cm×4 cm的PEM燃料电池单体的性能和功率密度进行了实验测试.分析了电池加热温度,氢气和空气的加湿温度对PEM燃料电池性能和功率密度的影响.结果加湿温度低于电池温度时,升高加湿温度,电池性能得到改善;加湿温度高于电池温度时,高电流密度下升高加湿温度,电池性能降低;电池温度低于加湿温度时,升高电池温度,电池性能提高;电池温度高于加湿温度时,升高电池温度,电池性能降低.结论加湿温度和电池温度都为70℃时,电池的性能最优;因此实验结果对PEM燃料电池性能的优化具有重要意义.     

交指流场氢-氧PEM燃料电池特性研究

目的研究操作参数即电池加热温度、加湿温度、反应气体流量对交叉指状流场氢-氧PEM燃料电池性能的影响,优化操作参数提高PEM燃料电池的性能.方法利用燃料电池测试系统测量PEM燃料电池在不同操作参数下的性能,用origin软件绘制性能曲线,分析了电池加热温度、加湿温度、反应气体流量对PEM燃料电池性能的影响.结果实验结果表明:电池性能随着电池温度的升高先升高后降低;随着加湿温度的升高也是先升高后降低;在一定范围内增加氧气流量会使电池的性能升高,但氧气流量超过50 ml.min-1时,电池性能反而会下降.结论在其他参数一定的情况下,当电池温度与加湿温度相等的时候,即都为343 K时电池性能最佳.     

反应气体加湿对PEM燃料电池温度分布的影响

采用流体计算软件Fluent模拟分析了一个包含10个直流道的单电池,探讨了电池工作电流密度及阴阳极气体加湿程度对电池内膜平面上温度分布的影响。工作电流密度比较高的情况下,膜上最高温度和温度分布的不均匀性都很大;阴阳极气体加湿程度对膜上温度分布的影响基本一致,加湿程度变小最高温度及温差都随之变小;膜上温度的位置随加湿程度的变化而变化,加湿程度高时最高温度靠近进口,加湿程度低时靠近出口。     

PEM燃料电池多孔介质扩散层分形维数的测定

为了研究质子交换膜燃料电池扩散层多孔材料微结构对仿真结果的影响,首先必须找出一种有效的方法来描述其微结构.尝试应用分形理论表征多孔材料的微结构,介绍了曲线和孔隙面积分形维数的定义,并采用盒维法对2个分形维数进行计算.计算结果表明,扩散层试样的曲线分形维数为1.144 7,面积分形维数为1.927 6.     

车用质子交换膜燃料电池发动机关键技术研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转换效率高、可持续和清洁等优点,已成为新一代电动汽车发动机的首选动力,近年来得到国内外高度重视,各方面均取得了显著的进展。主要从燃料电池发动机水热管理系统、控制系统、耐久性以及冷启动四个方面介绍了燃料电池发动机关键技术的研究现状和进展情况,并展望了燃料电池作为动力系统商业化用于汽车亟待解决的问题。     

亲疏水性可调的燃料电池催化层的制备与表征

通过乳液法成功制备了亲疏水性可调的燃料电池催化层,其润湿角为78°～130°.采用单电池测试、电化学测试及表面形貌观察分析对各样品进行了性能表征,发现适量PTFE的加入优化了催化层的微结构,提高了电极的稳定性,并得出了催化层的最佳组分(Pt/CNafionPTFE=931).     

基于BP神经网络的燃料电池发动机温度模型

燃料电池堆的热特性对燃料电池整体性能和寿命有重要影响,电堆温度特性具有不确定性和非线性,本文利用BP神经网络建立了电堆温度模型,并通过实测数据分析了神经网络模型的特性,研究结果表明,神经网络可以用于电堆温度模型的建立,为质子交换膜燃料电池电堆的建模与控制提供了一条可供参考的途径.     

燃料电池发动机系统计算分析

根据质子交换膜燃料电池工作原理 ,对车载燃料电池系统进行了较详细的计算与分析。通过计算发现 ,2 5 k W燃料电池车载系统在单电池电压为 0 .5 5 V的情况下 ,氢气的消耗量 (标准气体状态下 )为 19.0 4 m3/ h;空气的消耗量 (标准气体状态下 )为 4 5 .33m3/ h。散热系统的热量主要来源于电堆工作时的化学反应热、焦耳热、加湿气体带入的热量及吸收环境的辐射热 ,其中主要为化学反应热和焦耳热 ,其值大致与电堆功率相当。电堆的散热主要包括尾气带走的热量、辐射热和循环水传递的热量。计算发现 ,2 5 k W电堆尾气带走的热量约为 4 83W,辐射热为 16 6 .7W,均可忽略不计 ,电堆产生的热量可认为主要由循环冷却水带走。在保持电堆进、出口循环水温差为 10℃时 ,2 5 k W电堆所需循环冷却水约为3m3/ h。