熔融碳酸盐燃料电池双极板数值模拟

为研究熔融碳酸盐电池双极板因温度应力和组装压力对其平整度产生的影响,以热弹性力学为基本理论建立三维有限元模型,模拟计算双极板由电池启动到稳定运行期间,由于温度场和应力场产生的热应变,并对模拟结果进行分析讨论.模拟计算结果表明:电池启动至稳定运行期间的变形是以双极板为中心的同心圆并在整个双极板表面成凹面,最大变形量发生在双极板的4个项角.双极板变形量范围为0.5～2.9 mm,平整度为1.5％,最大变形量在双极板的平整度设计要求范围之内.     

质子交换膜燃料电池复合双极板材料研究

以热塑性树脂聚苯硫醚(PPS)、中间相碳微球(MCMB)为主要原料,采用模压工艺制备了质子交换膜燃料电池用复合双极板。考察了树脂含量、成型时间及活性炭、碳纤维对双极板性能的影响,并对所制得双极板的截断面进行了形貌分析(SEM)。研究表明树脂质量分数为20%时,双极板综合性能达到最佳;双极板的成型时间不应少于30min;添加活性炭会使双极板性能下降,添加碳纤维有利于双极板各项性能的提高。通过经济分析提出,所开发的双极板材料可以减小燃料电池的成本。     

乙烯基酯树脂/膨胀石墨燃料电池复合双极板

采用真空浸渍结合模压的方法,选取乙烯基酯树脂(VE)和膨胀石墨(EG)板材为原料制备复合双极板。考察了微观结构以及成型压力对双极板材料的导电性能、密封性能、机械性能以及表面亲/憎水性的影响。结果表明:随着成型压力的增加,双极板的电阻下降;双极板的气体密封性优异,其渗透率低于2×10-6cm~3/(S·cm~2),相对于原始EG板材降低了3个数量级;复合双极板有很高的表面能,与水的接触角均大于90°,这有利于电池内部液态水的排出。此外还研究了双极板在模拟燃料电池环境下的腐蚀行为,并利用性能最优的复合双极板组装成单电池,进行性能测试,当电流密度达到1500 mA/cm~2时,其功率密度可达到最大值670 mW/cm~2。并且经200h运行后,电池性能仍然稳定。因此,乙烯基酯树脂/膨胀石墨复合材料是一种有前景的双极板材料。     

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燃料电池迷宫流场双极板的电化学性能研究

双极板流场结构对质子交换膜PEM(proton exchange membrane)燃料电池的电化学性能至关重要。基于双极板的工作原理和有限元分析FEA(finite element analysis)理论,设计了一种用于PEM燃料电池的新型迷宫流场结构双极板,通过建立包括质子交换膜、催化层、气体扩散层、迷宫流场结构双极板和流道在内的完整PEM燃料电池的三维模型并进行数值分析,研究具有该迷宫流道结构双极板PEM燃料电池的电化学性能。此外,还制备了具有该迷宫结构的石墨双极板试样并进行电化学性能实验。研究结果表明,在保持PEM燃料电池其他参数一致时,具有迷宫流场双极板的PEM燃料电池有较大的功率密度,其最大值为520.283 mA/cm2,实验结果与模拟结果一致,验证了数值模拟的可靠性。     

燃料电池用碳/聚合物双极板的研究进展

综述了碳/聚合物双极板原料及制备方法的研究进展;探讨了热塑性树脂、热固性树脂适用的成型工艺,及聚合物双极板性能的影响因素;提出了燃料电池双极板的发展趋势.     

PEMFC复合材料双极板透气性能的研究

以热塑性树脂为粘结剂、石墨为导电填料,采用模压一次成型,制备复合材料双极板。考察了树脂含量和成型工艺参数对双极板透气性能的影响。树脂含量与成型压力对双极板透气性能的影响比成型温度与保温时间的影响要大。在树脂含量为10%~16%,成型压力为5~25 MPa,成型温度为140~170℃,保温时间为10~40 min时,双极板的透气率可达10-12cm/s.Pa的数量级。     

微型燃料电池双极板成形工艺的研究进展

微型燃料电池是未来可移动电源的主流,但是其双极板成形工艺成为燃料电池推广应用的主要制约之一。介绍了微型燃料电池双极板的成形工艺,包括基于微冲压等常规的塑性变形手段,基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)的微加工技术和非传统加工工艺,展望了未来微型燃料电池双极板成形工艺的发展趋势。     

多蛇形流道几何特征的数值研究

合理的流道几何特征可以提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能;使用Fluent软件以多蛇形流场板为研究对象,从反应气体进入流场开始到排出流场结束,针对流道的几何特征进行了系统的数值研究与优化;首先用微流体元件中微流道之缓冲区的设计方法对八流道流场板入口进行了优化使反应气体流速更加均匀,然后对单一型及复合型流道截面进行了数值研究,最后研究了流道基本尺寸——流道深度、流道与脊背宽度对燃料电池性能的影响;相对最优的流道深度为0.45mm,流道宽度与脊背宽度为1mm;对实际设计及燃料电池双极板的制造有参考意义。     

石墨烯改性聚苯胺/不锈钢复合材料双极板

目前已经商品化的大部分质子交换膜燃料电池(PEMFC)基本使用石墨、贵金属作为双极板材料,存在石墨容易破碎、贵金属价格昂贵等缺点,极大地限制了燃料电池的发展。近年来复合材料双极板技术得到了国内外研究者的重视。通过将不锈钢表面改性,用电沉积方法在聚苯胺/不锈钢表面沉积一层还原氧化石墨烯(RGO)薄膜,并对薄膜的成分以及改性后双极板的导电、耐腐蚀等性能进行了分析、对比测试。结果表明,聚苯胺/不锈钢双极板的导电与耐腐蚀性能因为RGO薄膜的加入而显著提高,改性后的RGO/聚苯胺/不锈钢双极板的腐蚀电流密度下降了一个数量级,且改性后双极板的阻抗显著减小,进一步满足了PEMFC双极板对自身接触电阻的要求。     

质子交换膜燃料电池金属双极板制造方法综述

作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件,双极板性能的好坏直接影响电池堆的输出功率和使用寿命,因此寻找性能优良且成本低廉的双极板新材料及其成形方法已成为燃料电池产业化技术研究中的重要课题。金属由于具有高电导率、高热导率、高强度、气密性好以及易加工成形等优点,已引起广大研究者的重视。介绍了几种金属双极板材料及其成形方法,并分析各自优缺点,指出了金属双极板的未来发展方向。     

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。     

复合材料双极板质子交换膜燃料电池

测定了两种树脂对导电骨料的润湿性,研究了树脂及其含量对复合材料双极板性能的影响。采用对导电骨料浸润性好的树脂作粘合剂,通过模压一次成型技术制备出复合材料双极板的电导率大于300S/cm,抗折强度大于30MPa,空气透气率为10!7cm2/s。并进行了电堆组装及电性能和稳定性测试。结果表明,在较小的电流密度(<1.0A/cm2)条件下,复合材料双极板的电性能和石墨材料双极板相当,在较大的电流密度(>1.0A/cm2)条件下,其电性能要稍优于石墨材料双极板;电池经350h放电试验并重复启动电池100次以上,双极板性能稳定。     

表面改性金属材料双极板前处理的研究

在不锈钢表面制备一层导电性好、耐腐蚀的薄膜,是获得高性能质子交换膜燃料电池双极板材料的有效方法.实验分别采用抛光、喷砂和拉砂三种方法对不锈钢基体进行了前处理,然后利用物理气相沉积技术在不锈钢表面制备了TiN膜.观察了双极板材料的微观结构.并对其导电性和耐蚀性进行评价,以研究基体前处理对性能的影响.经过不同的前处理,双极板材料表面呈现出完全不同的微观结构.双极板材料的界面导电性与有效接触面积密切相关.当与碳纸接触时,抛光前处理的双极板材料导电性最好;当与膨胀石墨接触时,喷砂前处理的双极板材料电阻最低.在模拟电池腐蚀环境下0.5 mol/L H2SO4 2×10-6 F-的电化学腐蚀结果显示,喷砂前处理的双极板材料具有最好的耐腐蚀能力.     

热塑性树脂基碳素复合材料双极板的研究

以热塑性树脂作为石墨的粘结剂,采用模压一次成型制备复合材料双极板。考察了成型温度、成型压力、树脂含量及不同导电骨料种类配比对双极板性能的影响。实验表明(:1)在较低的成型温度和成型压力下采用溶剂溶解法制备的双极板性能要优于直接混合法(;2)较好的制备工艺:树脂质量分数为10%～16%,天然与人造石墨比例接近1∶1,成型温度为130～160℃,成型压力为8～12MPa。     

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。     

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.     

燃料电池不锈钢双极板表面改性研究进展

双极板是聚合物电解质膜燃料电池的关键零部件之一.不锈钢材料具有机械强度高、体相电导和热导优良,容易制成薄板并冲压加工成型的特点,满足燃料电池对高体积比功率双极板的诸多要求,但是其大规模应用还需要材料表面能在燃料电池操作条件下具有高耐腐蚀能力和低界面接触电阻.对材料进行表面改性是解决该问题的途径之一.总结了近年来不锈钢表面改性处理的研究进展,分析了氧化物基、金属基、碳/氮化物基、碳基和导电高分子基等涂层的改性效果,并对相应改性不锈钢双极板在燃料电池中的应用进行介绍.     

PEMFC双极板的材料和加工方法

双极板为膜电极的组装提供机械支撑,传递密封应力,收集电流,分隔氧化荆与燃料,并引导它们均匀、平缓且可控地分散到电极表面的反应区域.双极板还影响着电池的效率、质量、体积和成本.综述了双极板的材料和加工方法.     

非金属含碳材料在氢能燃料电池用双极板中的研究与应用进展综述

双极板对质子交换膜燃料电池的性能有重要的影响.它们是确保反应介质进入电池的媒介,而且双极板在很大程度上决定了燃料电池电堆的重量.因为重量和材料成本有直接关系,因此,双极板对燃料电池的制造成本有决定性作用.在目前的燃料电池产品中,双极板的质量可高达70％,并占电池成本的30％.增强复合双极板有独特的电学和机械性能,若解决...