蛇形流场PEMFC性能影响因素的数值模拟

为了研究蛇形流场质子交换膜燃料电池(PEMFC)的输出性能,分析其性能的影响因素,寻找改善其性能的方法和途径。基于多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics,建立了包括阴阳极流道、扩散层、催化层及质子交换膜在内的完整的PEM燃料电池三维全流场稳态模型,在COMSOL中利用该模型对蛇形流场PEMFC进行了数值模拟和分析。模拟结果得出了在工作电压为0.7 V的条件下,蛇形流场的流型以及质子交换膜的电导率对PEMFC输出性能的影响。分析表明三蛇形流场的性能优于单蛇形流场;随着质子交换膜电导率的增大,膜内传质得以改善,可以降低传质过程中的电阻损耗,提高燃料电池的性能。模拟结果对于改善PEMFC整体性能有着重要的指导意义。     

百瓦级新型金属双极板PEM燃料电池堆研制

研制了采用冲压成型薄型金属双极板的百瓦级质子交换膜(PEM)燃料电池堆。对电池堆进行了不同操作条件下的性能测试研究。实验结果表明,所采用金属双极板材料能够在质子交换膜燃料电池工作环境下长时间稳定运行。     

PEM燃料电池双极板流场结构研究进展

双极板在质子交换膜燃料电池中起着分配反应气体、导电、导热及使水、气安全顺利排出等功能,流场结构构成了双极板最主要的特征。综述了相关文献和专利,介绍了典型的燃料电池流场结构及基于此种流场的改进流场,并对新型流场做了介绍,为质子交换膜燃料电池流场的设计、性能的研究提供参考。     

质子交换膜燃料电池双极板研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一,在燃料电池中主要起分隔氧化剂与还原剂、使生成的水顺利排出、分隔电池堆中的每个电池和收集输送电流的作用。质子交换膜燃料电池双极板的成本与性能对推进燃料电池的产业化进程有很大影响。双极板材料主要有无孔石墨材料、金属或合金材料以及各种复合材料,针对这些双极板材料的优缺点进行了比较。流场设计目前采用较多的是蛇形流场,其它的还有网格状流场、叉指形和肺形等。     

燃料电池金属双极板精密冲压成型缺陷研究

金属双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件。精密冲压成型具有高生产效率、低成本、较好成型精度等优点,是金属双极板的主要制造技术。建立了金属板冲压有限元仿真计算模型,模拟了冲压成型后双极板表面变形、流道深度不一致等缺陷。在压力机上冲压制造了流道宽度1.1 mm、深度0.3 mm的金属双极板样件,并采用超景深显微镜和轮廓仪测量了双极板表面微流道形貌。测量结果表明冲压成型的双极板表面出现明显的凸出变形,且横截面流道深度不均匀,测得流道深度差值最大为0.04 mm。     

质子交换膜燃料电池流道设计

质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源.双极板(流场板)是质子交换膜燃料电池的重要部件,其质量占电池堆60%以上.流场板上的流道设计对电池性能、运行效率和制造成本有很大影响.系统地综述了现有的流道设计,剖析了流道的功能及其对电池性能的影响,并在此基础上讨论了流道设计的发展趋势.     

质子交换膜燃料电池不同流场接触压力有限元分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)螺栓扭矩在双极板与气体扩散层间产生接触压力,该力直接影响反应气体扩散层传质进而影响PEMFC效率。本文建立了三维有限元模型,研究不同材质和流道形式下接触压力随螺栓扭矩的变化规律。研究结果表明:石墨双极板接触压力较316L不锈钢小,分布更均匀;平行流场接触压力最大,三通道蛇形流场最小;平行流场分布均匀性最佳,新型仿生树形流场最差;平行流场螺栓扭矩在1.5～2.0N·m间、三通道蛇形与新型仿生树形流场在2.0～2.5N·m间存在分布均匀性极值。从优化接触压力与分布均匀性提升PEMFC性能的角度出发,应采用弹性模量小的材质以及双极板与气体扩散层直接接触面积少、流道数目多且一致化的流道形式,并使用最佳螺栓扭矩进行封装。     

四流道蛇形流场孔隙率对PEMFC性能的影响

质子交换膜燃料电池内部结构对交换膜的性能有着极为重要的影响,而孔隙率又是燃料电池结构的重要组成部分。以四流道渐变蛇形流场结构的质子交换膜燃料电池在工作电压为0.8 V的条件下,对孔隙率分别在0.750、0.625、0.500、0.375、0.250情况下的质子交换膜燃料电池进行模拟分析和数值比较,研究流道内气体流速和沿流道方向的压力分布情况,以电池输出电流密度为参考标准,研究孔隙率对电池输出性能的影响。     

封装力对PEM燃料电池气体扩散层孔隙率的影响

质子交换膜(PEM)燃料电池中气体扩散层(GDL)的孔隙率对整个燃料电池的性能有着重要影响,而封装力是影响燃料电池GDL孔隙率的关键因素之一。采用实验和有限元模拟相结合的方法研究封装力对气体扩散层孔隙率的影响。利用压汞仪测试气体扩散层的平均孔隙率,基于有限元方法建立质子交换膜燃料电池的双极板和气体扩散层的接触模型,研究质子交换膜燃料电池中不同的封装力下气体扩散层的孔隙率变化情况。结果表明:气体扩散层孔隙率的变化沿接触中心线左右对称,接触区域孔隙率分布较为均匀,随着封装力的增加,气体扩散层孔隙率逐渐降低;而未接触区域孔隙率变化不明显。气体扩散层孔隙率有限元模拟结果与实验测试结果相吻合。     

表面改性不锈钢双极板的性能研究

双极板是质子交换膜燃料电池的重要的多功能组件.不锈钢材料由于具有良好的耐腐蚀性能成为金属双极板理想的选择.但其表面高电阻的钝化膜会降低电池性能.测定了经过镀铬后再离子氮化的304不锈钢在模拟PEMFC环境下的电化学性能,测量了氮化层与碳纸之间的接触电阻.结果表明,该表面改性方法使304不锈钢在模拟PEMFC阴极和阳极情况下的钝化电流密度降低,均低于双极板设计标准16 μA/cm2;改性后的304不锈钢的接触电阻值降低,电性能得到了提高.     

基于实验本构关系的接触电阻预测方法研究

双极板与扩散层之间的接触电阻是导致质子交换膜燃料电池功率损失的重要因素.研究接触电阻的影响因素与形成规律并对其进行准确预测,对提高和优化质子交换膜燃料电池性能具有重要意义.提出了接触电阻本构关系的概念和基于实验本构关系的接触电阻预测方法.通过平板压缩试验测得了石墨-扩散层的接触电阻与接触压力实验本构关系.采用实验本构关系预测了不同装配压力下石墨双极板与扩散层间的接触电阻,并与实测结果进行了对比.结果表明,提出的基于实验本构关系的接触电阻预测方法是可行的.     

质子交换膜燃料电池核心组件研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池的组成和各组件在电堆中所起的作用。综述了不同类型质子交换膜的性能和特点;简述了铂系催化剂的研究现状和双极板材料的发展情况;分析了膜电极制备技术和双极板不同流场的设计。预测了质子交换膜燃料电池核心组件的发展方向和前景。     

燃料电池质子交换膜内部增湿的研究

某些质子交换膜必须在含有水分的条件下才能显示出优异的综合性能。介绍了采用硅酸盐水泥与导电陶瓷Ti3SiC2,通过室温模压的方法制备具有增湿功能的导电复合材料;报道了该复合材料的电导率和含水率,以及借助扫描电镜观察到的微观结构,分析了影响复合材料导电性的因素。实验结果表明：水泥／Ti3SiC2复合材料可改进质子交换膜燃料电池双极板的增湿功能,但需进一步提高其电导率。     

燃料电池用质子交换膜退化机理研究进展

近年来,质子交换膜燃料电池技术随着新研究方法的出现得到了快速的发展。对质子交换膜退化机理的深入理解及对质子交换膜寿命及长期性能的改善已成为质子交换膜燃料电池商业化的前提。因此,相关研究成为目前燃料电池研究的热点。综述了全氟磺酸质子交换膜物理、化学退化机理方面的研究进展及近年来在提高质子交换膜耐久性方面的研究工作。     

炭黑及聚四氟乙烯对气体扩散层性能的影响

气体扩散层作为质子交换膜燃料电池重要部件之一,为电极反应提供气体、电子和水的三相通道.炭黑载量以及聚四氟乙烯(PTFE)作为气体扩散层中的重要组分,其含量直接影响气体扩散层中微孔层的厚度、孔结构、电导率,从而对气体扩散层性能产生重要影响.对炭粉以及PTFE的含量对气体扩散层性能的影响进行了综述,认为不同工况对质子交换膜...     

质子交换膜燃料电池发展现状

介绍了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的结构、组成和工作原理，叙述了不同质子交换膜的来源特点及导电性与膜参数的关系；对不同电极和电极催化剂性能作了评述；综述了目前几种氢的来源、优缺点及质子交换膜燃料电池有关问题的发展动向和前景。     

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。