质子交换膜燃料电池的0℃以下耐受性

车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)应具备环境适应性,但水-冰相变会影响膜电极组件(MEA).以-10℃及-20℃到正常操作温度的冰冻-解冻循环模拟实际工况,考察了水结冰对PEMFC性能的影响,结果表明:PEMFC的电化学活性表面积变小,扩散层的孔结构发生了变化,PEMFC的性能衰减.采用干燥N2吹扫、真空排水和RH=58.0%(25℃)的反应气吹扫等3种方法来避免水结冰的影响,发现经过冰冻-解冻循环后,PEMFC的性能均未下降.     

质子交换膜燃料电池凝水的研究进展

分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC)中凝水的生长过程,分析了运行时间、电流密度、流速、温度、压力、湿度、流场和扩散层等因素对凝水的影响,并介绍了凝水的处理方法。对PEMFC凝水的可视化观测已从宏观步入微观。     

质子交换膜燃料电池的三维数学模型

采用聚集体模型描述催化层结构,建立了包括蛇形流道、扩散层、催化层和电解质膜的质子交换膜燃料电池(PEMFC)三维流体力学模型.模型方程借助Fluent 6.0求解.模拟极化行为与实验结果一致,证实了模型的有效性.给出了流场和工作电流密度等参数的空间分布.计算表明:在一定范围内增加催化层孔隙率和电解质含量,会降低燃料电池的性能.模型适合于考察催化层参数对PEMFC的影响.     

PEMFC低温起动研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有环境友好、效率高和室温可快速起动等优点,被认为是汽车的首选动力源。分别对PEMFC的质子交换膜、催化层、扩散层、低温扫气及其建模的低温研究现状进行了详述,并提出了今后质子交换膜燃料电池低温起动研究的方向和重点。     

质子交换膜燃料电池阴极液态水传输模型

通过分析确定了质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极膜/扩散层界面和流道/扩散层界面出现液态水的临界电流密度值与阴极反应气体流速的关系。建立了阴极液态水传输模型。模型分析得到,在相同电流密度下,阴极膜/扩散层界面的饱和度高于流道/扩散层界面;随电池温度的升高和入口气体相对湿度的降低,膜/扩散层界面水饱和度下降。同时基于文中条件,由水饱和度的瞬态特性分析表明,在较短的时间内水饱和度达到稳态。这些结果将为电池水管理提供依据。     

微型PEMFC非增湿膜电极的优化

对微型质子交换膜燃料电池(PEMFC)的非增湿膜电极(MEA)制备工艺进行了优化研究.通过对热压条件、催化层组分、扩散层材料及质子交换膜的厚度等的控制,获得了综合优化参数.采用优化后的MEA组装单体微型PEMFC,在常温、常压及反应气体非增湿的条件下,MEA的峰值功率可达0.166 W/cm2,MEA长时间运行性能未见明显衰减.     

PEMFC的自增湿膜电极结构和性能研究

设计并制作了一种新结构的质子交换膜燃料电池(PEMFC)自增湿膜电极。其特点是在催化层和扩散层之间建立水管理层(WML),WML由不同质量比的炭黑和聚四氟乙烯(PTFE)组成双层结构。为了减小气体反应物的扩散传质阻力,在WML的制作过程中加入了具有高分解温度和高溶解度的(NH4)2SO4造孔剂。用单体PEMFC的电流密度-电压曲线评价了膜电极在外增湿和自增湿方式下的极化特性;用环境扫描电子显微镜(ESEM)表征了膜电极的表面形貌和孔结构。实验结果表明,所制备的膜电极具有良好的水管理能力,在较宽的电流区域内具有良好的电化学性能。     

PEMFC气体扩散层变形对流道内水传输的影响

建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)流道内气体扩散层(GDL)表面的微型凹槽模型,考虑到GDL表面微型凹槽处疏水涂层的脱落,将微型凹槽内的壁面当作亲水性壁面处理,运用FLUENT软件中的Volume of Fluid(VOF)模型模拟PEMFC处于工况下流道内液态水的传输现象,得出了在GDL表面的亲水性微型凹槽会阻碍流道内液态水的传输及排出的结论,并通过对比三组不同空气流速下流道内液态水的体积分数,分析了空气流速对流道内水传输的影响,对于正确认识PEMFC流道内的水传输现象和提高PEMFC的水管理性能具有重要意义。     

质子交换膜燃料电池电极用气体扩散层材料

通过分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)电极用气体扩散层的功能特点及性能要求,对几种常用于PEMFC电极中的气体扩散层材料,如碳纤维纸、碳纤维编织布、非织造布及炭黑纸等进行了评述,介绍了它们的基底制作工艺及后处理工艺,同时对几种典型的憎水处理方法作了简要的说明。针对各种气体扩散层材料存在的缺陷,指出研究开发具有高性能的气体扩散层材料将有利于改善PEMFC电极的综合性能。     

阴极扩散层孔隙率不同分布对PEMFC性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极扩散层孔隙率分布对电池性能影响很大。建立了一个单电池的三维模型,分别考虑了阴极扩散层孔隙率单一分布、线性梯度分布、随机分布等情况,并用有限控制体法对模型进行了求解。研究结果表明,在大电流密度下,阴极扩散层孔隙率的不同分布形态会不同程度地影响阴极氧气质量传输和液态水的排出,从而影响电池性能。     

一种考虑催化层结构参数的PEMFC气相模型

质子交换膜燃料电池的结构设计对燃料电池车的开发具有重要意义。目前的电池模型通常把催化层简化成一层薄膜,作为边界条件使用,无法分析催化层结构对电池性能的影响。建立了考虑催化层结构参数的一维气相模型,通过有限元法研究电池内部的流场和电场分布。仿真结果和实验符合良好。分析指出扩散层的孔隙率对电池性能影响较大,应高于0.3,催化层的孔隙率对电池性能影响较小。在催化剂载量不变的情况下,催化层厚度应为10~20 mm。     

质子交换膜燃料池催化剂的研究进展

质子交换膜燃料电池由于具有独特的优点而受到世界各发达国家的重视。其电催化层是多孔扩散膜电极的一部分，也是质子交换膜燃料电池研究和开发的技术关键。章综述了质子交换膜燃料电池电催化剂近期研究进展和未来研究展望。     

气体扩散层性能参数测量方法研究进展

扩散层作为气体、水、电子的三相通道,是燃料电池十分重要的组件之一。对扩散层物理参数进行准确测量并改进,使之适应燃料电池的运行是十分重要的;阐述了气体扩散层的一些物理参数(接触电阻、电导率、孔结构、疏水性)的测量方法。     

Modeling and testing of a 1.2‐kW Nexa fuel cell using bond graph methodology

Confronted by the energy and environmental challenges, fuel cells raise a lot of hope. Fuel cells are expected to be an important power source in the future, and the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is one of the potential candidates, being highly suitable for certain applications. The electrochemical components, especially a fuel cell, are naturally multidisciplinary components rather well adapted to this approach: chemistry, electrochemistry, thermal and electrical engineering are involved. We propose a PEMFC model using the bond graph method. This model takes into account the different physicochemical phenomena in a fuel cell. The modeling of the activation layer (AL) and gas diffusion layer (GDL) of the cathode side is highlighted. This model is then validated by an experimental work where we have used a 1.2‐kW power PEMFC of the Nexa type from Ballard. The static characteristics of the fuel cell obtained by simulation are in good agreement with those of experiments and also from the literature. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

PEM燃料电池用气体扩散层材料研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池用气体扩散层的作用和性能要求,论述了碳纤维纸、碳纤维编织布、无纺布、碳黑纸以及金属材料等几种用于PEMFC的气体扩散层材料的性能参数和试验结果,介绍了它们的制作工艺、注意事项,以及各自的优缺点。     

质子交换膜燃料电池水、热、气管理

质子交换膜燃料电池的水、热、气管理对其性能和寿命有非常重要的影响.讨论了水、热、气管理的主要措施和它们对电池性能的影响.分析表明:对质子交换膜燃料电池物理机制认识的不足,是水、热、气管理水平较低的原因.应建立质子交换膜燃料电池的多尺度、多相、多物理场、动态仿真模型,进行分析、模拟和优化,来提高其性能.