渐变型流场对PEMFC传质和性能的影响

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Full Cell,PEMFC)流场板结构对燃料电池性能有着重要的影响。在保证模型尺寸和结构尺寸的前提下,建立了阴极、阳极、阴阳极分别具有渐变型流场的质子交换膜燃料电池三维模型,并用有限控制体法对模型进行了求解。结果表明,在大电流区域,渐变形流场可以提高气体的浓差扩散,从而提高电池的性能,但阴极氧气的传输对电池性能的提高远大于阳极氢气的传输对电池性能的提高。因此,阴阳极均为渐变型流场的电池性能最好;阴极为渐变型流场,阳极为直型流场的电池性能次之;阴极为直型流场,阳极为渐变型流场的电池性能再次;阴阳极均为直型流场的电池性能最差。     

阴、阳极加湿对质子交换膜燃料电池性能影响的差异性

阴、阳极气体相对湿度是对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能影响最为重要的因素。通过建立一个三维直流道质子交换膜燃料电池单体模型,运用数值模拟方法研究了反应气体相对湿度对PEMFC性能的影响及差异性。结果表明,在高操作电压时,燃料电池性能随阴、阳极气体相对湿度的增加而提高;在低操作电压时,燃料电池性能随阴、阳极相对湿度的增加而降低。同时,在高操作电压下,阳极气体加湿程度对电池性能的影响比阴极气体加湿程度对电池性能的影响大,但在低操作电压下,阴极气体加湿程度对电池性能的影响更大。通过对质子交换膜的阴极、阳极侧含水量分布的分析,探讨了阴极、阳极加湿对PEMFC性能影响差异性的原因。研究结果对于燃料电池的水管理具有一定指导意义。     

基于不同电极位置的PEMFC运行特性研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种有巨大发展潜力的发电装置,特别适合成为新一代便携式电源和电动汽车的动力源。水是影响燃料电池性能的关键因素,良好的水管理是使其安全稳定运行和提高其性能的必要条件。在PEM燃料电池的阴极侧安装风扇,向燃料电池提供氧化剂和降低电池温度,通过实验,观察到在电池堆方向发生变化的情况下,PEM燃料电池性能及其内部传质情况会发生明显变化。实验结果发现:当电流密度较小时,电极方向对PEM燃料电池的性能影响不明显;当电流密度较大时,阳极在上、阴极在下时燃料电池性能优于阴极在上、阳极在下的燃料电池性能。     

PEMFC新型压差流道传质与电化学性能研究

双极板是质子交换膜燃料电池（PEMFC）核心组件,极板的流道形状和尺寸直接影响反应气体的利用率以及电池的排水、散热性能。基于极板工作原理提出一种新型PEMFC压差流道构型,研究流道内阴极氧气浓度、水浓度分布、进出口压降、流速的变化,分析电流密度和极化曲线对燃料电池电化学性能的影响;50%开孔率时,对比8组低压直流道和高压直流道宽度同时增大的仿真结果发现,低压直流道和高压直流道宽度均由2.25mm减小到0.5mm时,功率密度峰值提高了31.9%。进一步探究压差流道中增大或保持一种流道宽度不变去改变另一种流道宽度对燃料电池电化学性能影响,结果表明低压直流道和高压直流道宽度均为1mm时,功率密度峰值最高可达0.39W/cm2。     

运行参数对单体直接甲醇燃料电池性能的影响

分别在不同温度、不同燃料浓度、不同燃料进料速度下测试了单体直接甲醇燃料电池的极化曲线、功率密度曲线以及阴、阳极的极化曲线.结果表明:随着电池操作温度升高电池性能逐渐提高,阳极极化过电位明显减小;但甲醇的渗透速率也同时增大,在阴极产生混合电位,增大了阴极极化;随着进料浓度升高,阳极出现浓差极化的电流密度增大,甲醇渗透速率增加,阴极电化学极化过电位增大;在电池运行温度、阳极燃料浓度一定情况下,进料速度对电池性能影响相对较小;在所研究的电池运行参数范围内,电池温度为60℃、阳极燃料浓度为1.0 mol/L、进料速度为2.5 mL/min时电池的性能最佳,最大功率密度为61.7 mW/cm2.     

阳极掺杂纳米二氧化硅对PEMFC性能的影响研究

研究了质子交换膜燃料电池阳极侧加入保水剂后(纳米二氧化硅)对其性能的影响。分别考察了纳米二氧化硅以及经过磺化处理的纳米二氧化硅两种类型的保水剂,加入后对燃料电池性能以及材料憎疏水性能的影响。通过对相应材料进行电化学交流阻抗谱图以及接触角的测试,从理论上对实验结果进行了分析。结果表明经过磺化处理的纳米二氧化硅材料加入到燃料电池阳极侧后的电池性能要优于未经处理的纳米二氧化硅材料。还进一步考察了4种不同含量的纳米磺化二氧化硅保水剂的加入对燃料电池性能的影响。结果表明,加入质量分数为2.5%～5%磺化纳米二氧化硅的燃料电池,有着最好的电池性能和最小的接触电阻。最后对加入保水剂的燃料电池在低湿度下的性能及稳定性情况进行了初步的考察。     

质子交换膜燃料电池低温启动水热管理特性及优化

质子交换膜燃料电池在车辆中具有较大的应用潜力。低温启动过程是指燃料电池从较低的初始温度启动,直到稳定工作状态的过程。该过程中的水热管理特性决定燃料电池的输出性能。利用数值仿真方法,建立一个一维多相流电池堆模型,研究不同条件下从10℃低温启动直到升温至80℃的过程中电池启动性能和水热管理特性。结果表明,随着启动过程的进行,电池堆温度分布的不均匀性逐渐凸显。启动初期电压下降,主导因素是显著的电渗拖曳效应(EOD)导致阳极电阻增大。阳极氢-氧催化反应辅助启动,既可使电池堆更快达到正常工作温度,也可为阳极快速加湿,降低电阻,获得更高的输出电压。而阴极氢-氧催化反应辅助启动易导致阴极水淹,因此不利于提高低温启动过程中的水热管理性能。     

多硫化钠-溴新型再生燃料电池的研究

研制出多硫化钠 溴新型再生燃料电池 (PS BrRFC) ,电池采用聚丙烯腈碳毡为电极 ,阳离子交换膜为隔膜 ,放电时流入阳极室的硫化钠或低硫的多硫化钠溶液、阴极室的溴溶液分别反应成为高硫的多硫化钠和溴化钠 ,充电时反应逆向进行。系统地研究了膜材料、电池温度、电解液浓度对电池性能的影响。聚丙烯腈碳毡电极对阴极、阳极电极反应具有很高的活性 ,这种新型储能电池放电时比功率达到 0 .3W /cm2 (V =1.0V)。循环性能研究表明 ,电池的充放电性能好 ,性能衰减很小     

组合流场PEM燃料电池的性能比较

运用燃料电池测试系统测得两种流道组合而成的四种流场(两种单一流场与两种混合流场)的PEM燃料电池的某些性能参数,并做出V-I曲线.在相同的操作参数下,比较了单一流场之间、混合流场之间以及单一流场与混合流场之间的性能差异,详细说明了四种流场的PEM燃料电池性能差异的原因.实验结果分析得出:阳极蛇形/阴极蛇形流道组成的蛇形流场PEM燃料电池性能最好,阳极直流道/阴极蛇形流道组成的混合流场性能其次,阳极蛇形流道/阴极直流道组成的混合流场性能再次,阳极直流道/阴极直流道组成的直流场PEM燃料电池性能最差;氢气流量变化对阳极直流道/阴极蛇形流道组成的混合流场PEM燃料电池性能影响明显,对阳极蛇形流道/阴极直流道组成的混合流场PEM燃料电池性能影响不明显.实验结果对PEM燃料电池流场优化具有一定的参考价值,为其推广应用提供参考依据.     

Li-LiCoO_2蓄电池循环寿命及交流阻抗研究

通过优化合成LiCoO_2工艺条件,制备出具有高结晶层状结构的LiCoO_2晶体,提高了Li-LiCoO_2电池的电性能和循环寿命,第一次充放电容量分别为150mAh/8和140mAh/g,60%DOD条件下电池循环寿命超过270次.电池交流阻抗的测量结果显示了电极和电液对电池循环寿命的影响.电池循环次数增加,阴极反应电阻缓慢增大.当循环次数达100次左右时,锂阳极和电液的电阻成为电池阻抗的主要部分,限制了循环充放性能,其原因是电波氧化分解,锂阳极表面生成一层钝化膜.     

相转化法制备锥管状阳极支撑SOFC

利用相转化法制备了锥管状NiO-YSZ阳极支撑固体氧化物燃料电池(SOFC)。讨论了不同造孔剂对阳极支撑体机械性能及微观结构的影响,结果表明,以石墨作为造孔剂时阳极支撑体的综合性能相对较好。以氢气为燃料的单电池测试结果表明,800℃时电池的最大面积比功率为410mW/cm2。交流阻抗谱结果显示电池极化电阻是影响电池性能的主要因素。     

质子交换膜燃料电池内水传递影响因素分析

通过大面积质子交换膜燃料电池(PEMFC)的水平衡实验研究,考察了不同操作条件,如电池阴极增湿温度、电池操作温度及阴阳极压差对水在阴阳极间迁移行为及对电池输出性能的影响。实验结果表明,提高电池阴极增湿温度,促进了水向阳极的扩散,在一定程度上可提高电池的性能,但同时增大了电池的水淹程度;提高电池操作温度促进反应生成水向阳极的迁移并提高了电池性能;减小阳极压力以增大阴阳极压差可促进水向阳极迁移,但压差对水的迁移行为影响不大。     

基于运行参数的直接甲醇燃料电池的实验

通过改变直接甲醇燃料电池的运行参数,研究了阳极甲醇流量、阴极空气流量、温度、阴极空气背压和甲醇浓度对电池性能的影响.研究表明:电池性能随阳极甲醇流量的增加先升高后降低,存在一个流量最优值;阴极空气流量提高有利于产物水的排出,从而提高电池性能;电池性能随电池温度的升高而提高,过高的空气预热温度使阴极过分干燥,从而使电池性...     

两种不同燃料下SOFC的三维多物理场数值模拟

为确定不同燃料对电池性能的影响以及为电池燃料的选择提供理论依据,基于有限元模拟软件COMSOL Multiphysics,分别建立了以甲烷混合气和氢气为燃料的SOFC三维多物理场全耦合数值模型.研究结果表明:在0.30～1.05 V的工作电压范围内,燃料电池的功率密度都随着平均电流密度的变大,呈现出先增大,达到峰值后减小的趋势,氢气燃料电池的功率密度峰值要大于甲烷的;氢气燃料电池从入口处到出口处的温度上升了37 K,甲烷燃料电池上升了7 K,氢气燃料电池阳极出口处的温度要大于阴极,而甲烷燃料电池则正好相反;相同流量下,氢气燃料电池阴极内的空气流速小于甲烷燃料电池的,两种电池阳极燃料流速都会沿着流动方向增加.     

阳极加湿对质子交换膜燃料电池性能的影响

建立一个三维直流道质子交换膜燃料电池单体模型,运用数值方法计算了阳极入口气体不同加湿情况下,电池阴阳极侧水沿流道方向的分布,并得到不同工况下的燃料电池极化曲线。计算结果表明,有效的阳极加湿能提高电池性能,但阳极含水过高会使阴极反扩散受到抑制,从而使阴极含水量过多,甚至出现电极溢流现象,可见阳极加湿过量会加剧高电流密度下电池的浓差极化。     

温度对阳极封闭式PEMFC性能的影响

温度是燃料电池重要运行参数,为了研究温度对阳极封闭式PEMFC性能的影响,通过Fluent软件的PEM模块模拟了不同运行温度下的单直流道阳极封闭式质子交换膜燃料电池性能。结果表明阳极封闭式燃料电池存在最佳运行温度;在低电流密度时,温度对电池性能影响较小,但在高温区影响变大;在高电流密度时,运行温度对电池性能影响较大。温度变化会使阳极流道内水、氮气的累积和氢气分布不均,这可能是温度对性能产生不同影响效果的直接原因。     

质子交换膜燃料电池性能优化数值研究

对影响质子交换膜燃料电池性能的主要参数:阴极交换电流密度、阳极交换电流密度、阴极传递系数、阳极传递系数、氧气参考浓度、氢气参考浓度进行系统的数值研究.结果表明当上述参数在一定的取值区间内按照一定规律变化时,其对质子交换膜燃料电池的性能没有任何影响,极化曲线完全重合.通过分析这些参数之间的相互关系,揭示质子交换膜燃料电池性能控制的机理,避免单一参数研究的不足,为深入研究和优化电池性能指明方向.     

高温质子交换膜燃料电池堆的建模与仿真

高温质子交换膜燃料电池相较于传统质子交换膜燃料电池具有更快的电化学动力性,简易的水热管理以及较强的耐CO能力等优点,因此已成为燃料电池研究工作的新热点。建立了高温质子交换膜燃料电池堆的模型,研究单电池数量、电流密度、阳极进气湿度等因素对电池堆性能的影响。研究表明,Z型结构电池堆内阳极气体质量流量分布比较一致,阴极气体质量流量分布呈中间低,两侧高的趋势。单电池数量、电流密度的增大会引起气体分布不均匀性的增强,进而使电池堆电压不均匀性增大;阳极进气湿度的变化主要影响电池欧姆损失。     

阳极功能层对燃料电池性能的影响

用浆料旋涂法在阳极支撑体上制备了阳极功能层(AFL).研究了AFL厚度对电池输出性能的影响.实验结果表明:AFL降低了阳极支撑体/电解质界面的接触电阻,增加了阳极的三相反应界面,但是AFL厚度的增加导致了界面接触电阻和气相扩散阻抗的增大.AFL的最佳厚度为4 μm.采用4 μm的AFL和La0.7Sr0.3MnO3/Sm0.2Ce0.8O1.9阴极,电池在700、750、800 ℃的输出性能分别为794、1016、1235 mW/cm2.     

宽脊背流场对单体PEMFC性能的影响

建立质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴、阳极气体扩散的几何模型,由菲克定律确定阴、阳极板流场脊背的最大宽度分别为2.0 mm和2.2 mm,根据流场通道的理想压损值,确定阴、阳极流场通道的最小宽度分别为0.7 mm和0.5 mm。组合不同流场尺寸的单体电池进行性能测试,发现:随着流场脊背宽度的减小和流场通道宽度的增加,电池性能上升。