PEMFC净水传递研究

水传递是质子交换膜燃料电池水管理的基础.采用活性面积为390 cm2的分体式集成电堆对Nafion112膜净水传递规律进行研究,发现Nafion112膜从阳极向阴极方向的净水传递系数随着电流密度、温度、阴极和阳极压差或压力的升高而不同程度地降低;在干氢气下操作时,电池电化学反应产物水向阳极净水传递,并随干氢气流量的增加而增大.     

加湿对PEMFC性能的影响

研究了在重力作用下,反应气体的湿度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响.通过控制加湿温度,控制反应气体的相对湿度;通过改变阴极和阳极的相对位置,来改变PEMFC内部的水管理.阳极不加湿(阴极加湿)时,PEMFC的性能最差;阴极不加湿(阳极加湿)时,PEMFC的性能最好.阳极在上时,重力对阴极排水有积极的作用;阴极在上时,重力阻碍阴极排水.     

基于负载变化的PEMFC非线性动态模型建立

通过分析燃料电池的内部结构和工作原理,选取适当输入输出变量,建立质子交换膜燃料电池非线性状态空间模型。该模型的建立能反映燃料电池输出特性(输出电压、电流等)与操作条件(温度、湿度及压力等)之间的联系,把动态的非线性微分方程转化成等价的状态空间方程,为控制研究、数据处理和优化等方面提供便利,为性能诊断及输出特性优化提供了一定的理论依据。     

PEMFC冷起动仿真模型发展现状及进展

数学模型是分析和优化燃料电池冷起动性能的有效工具,质子交换膜燃料电池(PEMFC)的模型研究是其技术发展中必不可少的环节。对质子交换膜燃料电池冷起动模型研究情况进行了详述,分别介绍和分析了六种典型的冷起动模型,并指出质子交换膜燃料电池冷起动模型今后的研究方向。     

PEMFC用PTFE-Nafion复合质子交换膜研究

采用喷涂方法将Nation溶液与溶剂的混合溶液涂敷在微孔PTFE膜上,制备了PTFE-Nation复合膜.用复合膜制备了"三合一"膜电极并组装了电池堆进行测试.使用SEM、交流阻抗仪等仪器对复合膜进行测试分析.结果表明:复合膜的氢气透过率在10-8～10-9 kPa·cm·S之间;与Nation212膜相比,复合膜具有更小的面电阻;PTFE基膜、Nation载量以及表面活性剂等对复合膜性能有显著影响.采用复合膜制备"三合一"膜电极的电池在放电电压0.6 V下电流密度达到1.1 N/cm2,优于用Nation 212膜制备的膜电极.     

PEMFC发电系统稳态电压模型研究

从电化学的角度分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的极化特性,在此基础上针对其主要工作区在欧姆极化段的特点,通过测算出不同温度、操作压力条件下的等效热力学电动势与电池堆内阻,建立了一个简单实用的稳态电压模型。最后通过对一个500 W的PEMFC发电系统的稳态负载实验,验证了模型的建立是可行和合理的。     

阳极封闭式自增湿质子交换膜燃料电池--水分布及其性能

针对阳极封闭式自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC),建立了Nafion固体电解质膜中水传递理论模型,并得出了PEMFC实现自增湿的判据.模拟了Nafion固体电解质膜厚、电池压差、电池温度及电流密度等因素对膜中水分布与电渗系数的影响,并发现了阴阳两极压差、电池温度对膜中水分布的影响随放电电流密度变化的规律.通过非对称式膜电极(MEA)的方法自制了自增湿PEMFC,实现了阳极封闭式自增湿操作,电池性能非常稳定,最高功率密度可达到1.3W/cm2以上.建立的水分布与电性能模型很好地拟合了实验放电曲线,并得到了自增湿PEMFC氧电极动力学参数,模拟出了阴阳两极压差、温度对电性能影响的极化曲线,得到了实验的证实.     

PEMFC关键组件的研究进展

膜电极和双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键组件。研究和开发新型的关键组件,是PEMFC实现产业化的必要条件。介绍了PEMFC关键组件的最新进展,讨论了各种材料和结构对电池性能的影响。     

基于三维非稳态PEMFC模型的冷启动仿真

建立了一种PEMFC三维非稳态单相数学模型.针对PEMFC阴极通入热空气这一辅助冷启动过程进行仿真研究,研究了通入电池阴极热空气温度和流量的变化对电池辅助冷启动过程的影响,为优化PEMFC阴极通入热空气的辅助启动策略提供理论依据.     

PEMFC膜电极三合一组件的制备方法

对质子交换膜燃料电池的核心部件———膜电极三合一 (MEA )进行了评述。分析结果表明 :目前质子交换膜燃料电池的催化剂利用率最多 30 %左右 ,膜电极三合一组件的结构并未达到最佳设计。需要研制新的电极组份 ,优化膜电极的结构设计 ,开发适于大规模生产的制备技术。     

质子交换膜燃料电池CCM膜电极

采用喷涂工艺制备了三合一(CCM,Catalyst Coated Membrane)型质子交换膜燃料电池膜电极,研究了分散剂、催化剂、质子交换膜对膜电极性能的影响.结果表明:CCM型膜电极的放电性能好于传统热压方法制备的膜电极;乙醇、异丙醇和乙二醇等水溶液分散剂对CCM膜电极中低电流密度区放电性能影响不大,而在高电流的浓差极化控制区乙二醇最佳,而乙醇最差;优化催化剂的Pt担量和阴极催化剂的用量能够显著提高膜电极的性能,而通过减小质子交换膜的厚度,降低膜的面电阻可以进一步提高膜电极的放电性能.     

质子交换膜燃料电池系统的设计及计算

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统的设计及计算,根据华南理工大学50 kW燃料电池电站的设计参数,计算了供气量及空气和氢气加湿量,提出了一整套详细的包括供气系统、加湿系统、水热管理系统、安全控制系统在内的燃料电池电站设计方案。     

质子交换膜燃料电池阴极数学模型

Ｓｔｅｆａｎ－Ｍａｘｗｅｌｌ方程用于氧在扩散层内传递;稳态连续方程和Ｆｉｃｋ 第一定律分别用于氧在催化层内气体通道和电解质膜中传递,采用一维宏观均匀模型,建立了质子交换膜燃料电池氧电极的数学模型。给出了反应速度和氧气浓度在催化层内分布,并分析了各种参数对氧电极性能的影响。结果表明：（１）当催化层内气相孔隙率为０．０１以上,则氧在催化层内浓度分布就趋于均匀;（２）催化层厚度为２５ μｍ 左右最佳,过厚影响传质,过薄不能提供足够的反应界面;（３）提高催化层内质子电导和催化剂的有效表面积将极大地提高电极性能;（４）低电流密度时,反应在催化层内分布均匀;高电流密度时,反应集中在催化层靠近扩散层一则。     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

综述了燃料电池 (PEMFC)的关键技术———质子交换膜的最新研究进展 ,并介绍和分析了提高质子交换膜的高温质子传导性能的不同方法及特点。     

质子交换膜燃料电池研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因无电解质腐蚀问题,能量转换效率高,可室温快速启动,在电动车、便携式电子设备、固定电站和军用特种电源等方面都有广阔的应用前景。研究了质子交换膜燃料电池实用化的技术及机理,对其结构缺陷进行了分析,认为开拓新的催化剂体系,合成出活性更高、稳定性更好的催化剂对于燃料电池来说意义重大。     

质子交换膜燃料电池热管理研究

论述了质子交换膜燃料电池的热管理对电池性能的影响及其重要性,指出了质子交换膜燃料电池热管理的设计要求,分析比较了目前燃料电池几种常用的冷却方式,介绍了燃料电池考虑温度的CFD模型及温度仿真控制模型.     

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。