质子交换膜燃料电池的热源分析

根据伏安曲线分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电极热源项和能量损耗比例。研究了PEMFC的电极过程特性以及对电池能量转化效率和热源的影响。在标准状态下,电池以0.60 V的电压工作时,实际能量效率为40.5%。     

质子交换膜燃料电池局部电流研究

通过对分区测量法和局部膜电极法的比较,发现当加湿温度和电池温度不同时,分区测量法表现出随流道延长局部电流逐渐下降,而局部膜电极法中局部电流表现出较大的波动趋势。局部膜电极法更有利于研究局部电流的原因在于其能反映出反应气体的二相流性质,以及局部单元的水变化,而分区测量法仅表现出流道阻力,不能体现出气体的二相流及水变化过程。     

质子交换膜燃料电池的温度控制实验

针对自增湿阴极开放式质子交换膜燃料电池(PEMFC),提出采用半导体制冷片作为温度控制装置的方案。研究半导体制冷片的工作电压对于温度控制动态响应特性的影响,验证该控制方案的可行性。指出了燃料电池测试中采样频率设置的原则,提出采用双输入双输出模糊控制器,结合脉宽调制技术和电压控制的控制方法,改善控制效果。     

质子交换膜燃料电池膜电极铂担载量分析测定

膜电极组件(Membrane electrode assembly,MEA)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部分,其催化层的铂含量与电池的性能和成本密切相关.通过直接处理MEA的方法得到测试样品,然后用三种方法(石墨炉原子吸收光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱和极谱分析法)分别测定其铂含量.通过对比三种方法的测试结果和理论计算值,建立了一种准确、方便的膜电极处理和铂担载量测试方法来分析、评价PEMFC的关键材料--MEA.     

质子交换膜燃料电池启停衰减的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的耐久性和寿命是制约其商业化发展的重要因素。车载燃料电池不可避免的要经历频繁启停的工况,因此,在启停过程中,电池的性能衰减问题更加突出。综述了近几年来,对启停循环中燃料电池性能衰减的研究,以及关于如何防止电池性能衰减的探讨,最后对如何有效地减少PEMFC的衰减提出了意见和建议。     

质子交换膜燃料电池加速测试方法研究进展

综述了在开路电压、负载循环、启动与停止、加湿变化等加速测试条件下,质子交换膜燃料电池主要材料的腐蚀机理和性能的衰退。这些测试条件能够加速燃料电池某个元件的性能衰减,从而降低整个燃料电池的寿命。实际燃料电池在汽车上的工作环境是这些条件的综合作用,因此本文介绍了国内普遍应用的几种组合工况,分析了这些组合工况的特点。通过组合工况测试可以对燃料电池的寿命作出一定的评价,但还不能和燃料电池实际车用寿命相对应。     

质子交换膜燃料电池活化性能快速分析方法

活化可以进一步释放质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能。为评估活化对PEMFC的影响,并确定最优的活化工艺参数,必须进行电化学测试,但步骤繁琐且耗时长。提出一种基于差分进化(DE)算法的PEMFC快速性能分析方法,利用DE算法对PEMFC不同活化节点的J-U数据进行分析,得到活化前后的性能信息,最后,通过电化学阻抗谱(EIS)验证所提分析方法的可行性。该方法能分析PEMFC的活化性能,且平均耗时不超过10 s。     

质子交换膜燃料电池催化层设计与优化

催化层作为质子交换膜燃料电池进行电化学反应的重要场所,是膜电极的核心组成部分。叙述了催化层的组成及结构,并评述了近年来人们在催化层设计及优化方面取得的最新研究进展。     

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。     

一种可反映延时特性的PEMFC系统动态模型

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统固有的辅机响应延时特性,建立面向仿真分析的燃料电池系统动态模型。利用机理模型对PEMFC建模,在此基础上引入辅机系统响应延时特性的等效数学模型,构建了PEMFC发电系统简化动态模型,并对模型进行实验数据对比验证。结果表明,在负荷电流突变瞬间,该模型能反映出燃料电池输出电压、功率等瞬时动态变化特性,即能正确反映PEMFC系统的延时特性。     

小型自呼吸式PEMFC的研制

研制了一种小型六单体串联自呼吸式质子交换膜燃料电池(PEMFC),阳极采用串联供氢,阴极采用自呼吸式供空气.在300 mA、500 mA下长时间工作时,PEMFC的性能稳定,各单体电池的工作电压较均一.     

车用PEM燃料电池堆绝缘电阻的实验研究

电动汽车应用的燃料电池发动机,一般具有100～600V的直流电源电压。应当对其绝缘性能进行相应的试验研究及在线监测,确保符合电动汽车(EV)的电气安全要求。我们利用绝缘电阻在线监视仪在线测量燃料电池发动机中质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆的绝缘电阻,研究各种条件下(如:燃料电池电流输出、操作温度等)燃料电池绝缘电阻的变化规律,为提高和改善电动汽车用燃料电池的绝缘性能提供参考。     

基于道路模拟实验的PEMFC机械振动特性

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行250 h强化道路振动耐久实验,分别在振动0 h、78 h、150 h和250 h后采集PEMFC的响应信号数据,进行时域和频域分析。在时域内,分析PEMFC的加速度响应信号均方值随时间的变化规律;在频域内,研究PEMFC加速度响应的特征频率及对应的幅值与振动时间的关系。振动250 h后,PEMFC加速度响应的均方值有增大趋势,加速度响应信号的特征频率未发生改变,但特征频率对应的幅值有略微波动。     

PEMFC膜电极材料退化的研究进展

对质子交换膜燃料电池膜电极材料的退化行为、降解机理和影响因素进行了综述,认为膜的退化主要原因是:高分子的分解导致膜的电导率下降和膜出现小孔对反应原料渗透.催化层的退化,是由C载体的腐蚀和Pt的电迁移所致.     

PEMFC阴极排水的研究

采用可视化方法研究了直条单流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极排水过程。通过分析流道首次液态排水时间和平均液态排水间隔时间的变化,研究了电流密度、增湿温度和气体流速等对阴极排水过程的影响。阴极气体非饱和增湿时,生成水以水蒸气和液态水两种方式排出,水蒸气排水为连续过程,液态排水为间歇过程。随着电流密度和相对湿度的提高,液态水的积累速度增加;随着气体流速的增大,生成的水以水蒸气方式排出的比例增大。     

反应气相对湿度对PEMFC性能的影响

反应气相对湿度影响电池内部水的输运和质子膜的质子传导率,合适的反应气湿度可改善电池性能.利用三维数值模型分析反应气相对湿度对直通流道和交叉流道质子交换膜燃料电池性能的影响.模拟结果表明,当阳极反应气相对湿度为100%时,低操作电压条件下,降低阴极反应气相对湿度有利于电池性能提高,然而在高操作电压条件下,电池性能随阴极相对湿度的增加而提高;当阴极反应气相对湿度为100%时,低操作电压条件下,降低阳极反应气相对湿度,电池性能提升,高操作电压条件下,电池性能不依赖于阳极反应气相对湿度.通过对电池内部局部传递特性的分析,从质子交换膜湿润性及阴极传质限制两方面分析探讨了反应气相对湿度对电池性能影响的原因.     

频繁启停对质子交换膜燃料电池堆性能的影响

以活性面积为330 cm2的电堆为研究对象,考察质子交换膜燃料电池(PEMFC)经历频繁启停操作后的性能衰减。反应气体的分布不均匀,会造成单片电池电压在氮气吹扫过程中下降速率不一致,甚至出现某一片或者几片电池出现反极的现象;PEMFC电堆在经历频繁的启停循环后,性能下降,且高电流密度区的电压衰减更快;随着启停循环的增多,性能的下降会变慢。当电流为100 A时,经历500次启停循环后,前200次启停循环的平均电压衰减速率为后300次衰减速率的3倍,而电堆中单片电池的均一性并未明显恶化。     

PEMFC空气膜增湿系统的性能

建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)和膜增湿器一维性能分析模型,模拟了空气流量、压力和温度等条件对PEM FC及膜增湿器性能的影响,模拟结果与实验数据吻合良好.根据模型对PEMFC膜增湿系统的非稳态性能进行了预测.空气进气温度的动态响应特性对膜内水含量梯度的影响显著,对膜内水的扩散系数几乎无影响.