质子交换膜燃料电池流场及气场系统优化设计

将各气场部件作为一个完整的系统考虑,分层次进行气场均匀性设计.首先对外置型空气进气箱结构进行优化设计,使得各单电池的进口流量均匀性得到较大提高;然后对气场的流道型式(直型、蛇型、交指型、单进口、多进口)、尺寸和流动方式(顺流、逆流)以及扩散层的厚度、孔径、孔隙率和分布形态对气场均匀性的影响以统一模型描述,利用CFD软件对流道形式、流道截面尺寸和扩散层孔隙度与孔径等参数进行优化设计,认为计算的3种几何模型中直流道催化层表面氧气浓度分布相对比较均匀;流道宽度减少流道条数增多、扩散层孔隙率和孔径适当减小等都可使得催化层表面氧浓度分布均匀性提高.研究结果对燃料电池气体扩散场的设计具有一定参考意义.     

质子交换膜燃料电池膜电极研究进展

膜电极(Membrane Electrode Assembly, MEA)作为质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)最核心的部件,为PEMFC提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所,直接决定了PEMFC的性能、寿命和成本.为了实现PEMFC大规模商业化发展,制备高功率密度、低Pt载量、长寿命、低成本的MEA尤为关键. MEA经历了从第一代到第二代的发展,目前已进入新一代有序化型的发展阶段,其性能、寿命得到大幅度提升,成本也不断下降.本文分析了三代类型MEA的优缺点,对开发高性能、长寿命和低成本MEA具有指导意义.     

质子交换膜燃料电池动态模型研究

对近10年内PEMFC从单电池到电池系统的动态模型进行了简要介绍.提出了当前动态模型工作中存在的问题,指出模型工作可能的发展方向1)从微观角度更趋近真实地描述电池内部过程,建立包括电极过程动力学与电化学热力学等的机理模型;2)从宏观的角度发展用于全面描述质子交换膜燃料电池系统的联合数学模型.     

质子交换膜燃料电池系统建模和控制的综述

对质子交换膜燃料电池系统建模和控制方法进行了综述。首先概述了燃料电池各种系统级的模型和软件，对各个子系统的模型（电压、空气供应、水管理和温度）作了介绍；其次，对质子交换膜燃料电池各种控制方法进行了综述，包括传统方法、预测控制、模糊控制和神经网络控制；最后结合国内外相关研究成果，展望了燃料电池系统建模和控制的发展前景和研究方向。     

适用于质子交换膜燃料电池系统的高阶滑模观测器

针对质子交换膜燃料电池（PEMFC）系统内部状态变量难以通过传感器直接测量,导致不能对PEMFC系统进行故障诊断和设计基于模型的控制器的问题,设计了高阶滑模（HOSM）观测器。首先,搭建了适用于观测的11阶阳极死端PEMFC系统模型。然后,在该模型的基础上,通过HOSM算法对传感器测量值（电堆电压、空压机出口流量以及电堆温度）与估计值之间的误差进行调节,设计了HOSM观测器。最后,将本文HOSM观测器性能与传统滑模观测器性能进行了仿真实验对比。通过对比观测效果图以及平方误差积分可知：本文观测器能够准确地观测各状态量,并且观测性能更优。     

质子交换膜燃料电池动态特性仿真研究

发展了一种质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态建模和仿真的方法.通过对电池稳态经验模型的扩展,运用MATLAB的SIMULINK仿真工具建立了质子交换膜燃料电池动态仿真模型,研究了电堆的运行参数对电池输出性能的影响,仿真结果与实验数据吻合较好.该方法可以用于燃料电池的分析、优化设计以及电池系统的实时控制.     

质子交换膜燃料电池冷启动及性能衰减研究

通过单电池在不同低温操作条件下进行自启动试验,以考察电池在低温环境下的自启动能力。电池的操作条件模拟了发动机启动时空气被压缩引起的温升对启动的影响。通过极化曲线、SEM等考察了电池性能衰减的状况及衰减机理。结果表明:仅仅通过空压机压缩空气对电池进行预热在较低温度下启动发动机难以成功;操作条件对电池自启动有较大影响,加大进气流量、降低启动负载电流密度可以提高电池启动能力;电池在-5℃对负载的变化适应性较强,而在-7℃对负载的变化变得非常敏感;多次冷启动后,催化层表面发生了龟裂;碳纸表面PTFE颗粒发生了脱离,构成空隙骨架的碳纤维变得光洁,碳纤维在冰的冻涨应力的作用下被折断,扩散层的排水、导气能力降低,使得电池性能衰减。     

质子交换膜燃料电池动态特性仿真

在质子交换膜燃料电（proton exchange membrane fuel cells, PEMFC）经验模型的基础上,建立了一种PEMFC动态特性建模和仿真的方法,应用MATLAB的SIMUEINK仿真工具建立了PEMFC的动态仿真模型,仿真研究了电池堆的运行参数等对电池输出性能的影响．该方法可以应用于燃料电池的动态特性仿真分析、优化设计和燃料电池系统的自动控制．     

质子交换膜燃料电池动态特性仿真

在质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells, PEMFC)经验模型的基础上,建立了一种PEMFC动态特性建模和仿真的方法,应用MATLAB的SIMULINK仿真工具建立了PEMFC的动态仿真模型,仿真研究了电池堆的运行参数等对电池输出性能的影响.该方法可以应用于燃料电池的动态特性仿真分析、优化设计和燃料电池系统的自动控制.     

质子交换膜燃料电池催化剂研究进展

电催化剂的研究对降低质子交换膜燃料电池(PEMFC)的成本以及提高电池性能具有重要意义.质子交换膜燃料电池催化剂的研究主要是围绕铂系金属为主的贵金属催化剂展开,同时研究降低贵金属催化剂用量,寻找廉价催化剂,提高电催化活性.对电催化剂研究现状进行了综述,并根据目前的研究现状,展望了催化剂的发展趋势.     

质子交换膜燃料电池的氧化剂实验性能

分析采用不同氧化剂和改变气体压力对质子交换膜燃料电池性能的影响，用测定电压／电流密度曲线的方法研究了质子交换膜燃料电池的性能特点以及电池温度对电池性能的影响，并对氢-氧和氢-空气燃料电池做了性能对比，实验结果是氧气作氧化剂比空气作氧化剂性能好得多，而且随着温度的增加性能有所改善．压力实验结果是随着气体压力的增大电池性能增强，输出功率增大．     

质子交换膜燃料电池封装结构安全性研究

针对电堆的封装对质子交换膜燃料电池结构安全性影响的问题进行有限元分析。用Catia建立5种不同螺栓封装位置的10层单体组成的质子交换膜燃料电池电堆的三维模型,用Hypermesh进行网格划分,以最佳封装力和螺栓封装位置为研究目标,在ANSYS Workbench软件中对不同螺栓封装的电堆端板进行应力分布和变形量的分析,选择其中变形量最均匀的电堆端板进行拓扑优化设计。结果表明,电堆模型的最佳螺栓封装力为2500 N,最佳螺栓封装位置在端板的中部位置,拓扑优化后的端板质量减轻14.82%,并对应力分布均匀性有一定提升。     

高温燃料电池质子交换膜的制备及性能

通过实验制备出能在高温状态下工作的、非水的质子交换膜,从而避免水的损失,介绍了实验过程.实验结果表明,Nafion和磷酸锆盐复合膜在高温下显示出良好的性能.最后对合成的膜进行了热力学和动力特征分析.     

质子交换膜燃料电池温度场数值模拟

本文利用Comsol软件,对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的二维质子交换膜模型进行温度场数值模拟,结果表明,质子交换膜内部温度靠近阴极一侧高于阳极一侧且电池内部温度随工作电压的降低和电池孔隙率的增加而升高,这一结果对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的深入研究具有重要参考价值.     

质子交换膜燃料电池电堆活化过程研究

活化对质子交换膜燃料电池的性能有重要影响.采用自行设计的燃料电池电堆活化程序,对25 kW质子交换膜燃料电池电堆的活化过程进行了初步研究,考察了在活化过程中及活化之后电堆的性能.研究表明,采用变流强制活化方法可以较快完成活化过程,需要进一步探索加快质子交换膜燃料电池电堆活化过程的程序和方法.     

质子交换膜燃料电池加湿器的建模与仿真

为了深入研究质子交换膜燃料电池加湿器的工作性能,从传热传质学的角度分析膜加湿器系统,建立加湿器的机理模型。当已知加湿器入口气体和水流的状态参数（如：温度、流量、压力）以及加湿器的物理参数（如：气道的几何形状和热传导系数等）时,此模型可以计算出加湿器出口气体的相对湿度、温度以及出口水温等变量值。以1 kW质子交换膜燃料电池的参数为依据,用Simulink进行仿真。仿真结果与实验数据的比较表明,模型能够反映出加湿器的实际工作状况。     

复杂流道质子交换膜燃料电池的三维数值分析

针对模拟复杂流道设计质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell ，PEMFC）的传热传质过程和电池电化学性能，提出一个稳态的、非等温的三维数学模型.应用模型对一个电极面积为3.12 cm×4 cm，20条通路的“蛇形”流道结构PEMFC进行数值计算，得到电池的流场、局部电流密度和组分浓度等的多维分布.并分析了不同渗透率对电池特性所产生的影响.结果表明,渗透率越高，压力降越小，有利于提高电池的性能.     

质子交换膜燃料电池动态特性的建模与仿真

详细分析了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的电化学模型。在此基础上，运用Matlab的Simulink仿真工具建立仿真模型，通过此模型，分析当电池电流出现阶跃变化时，电池电压、输出功率、消耗功率、电池效率以及电池等效内阻的动态响应。此模型也可用于电堆的仿真与设计，此研究对燃料电池的优化与控制可提供帮助。     

基于质子交换膜动态特性的PEM燃料电池建模与仿真

质子交换膜是燃料电池的核心部分,膜的含水量及膜内阻对燃料电池的性能至关重要。基于质量守恒、能量守恒、电荷守恒和电化学反应动力学,将燃料电池划分为阳极气道、阳极扩散层/催化层、质子交换膜、阴极气道、阴极扩散层/催化层5个控制体,建立了简化的半机理半经验动态模型,描述了H2O和H2等各组分在相应控制体内及燃料电池关于电压、温度、压力和膜含水量等一些重要变量(如电压、温度、压力和膜含水量等)的动静态特性;描述了水通量密度、质子通量密度和含水量等膜内变量(如水通量密度、质子通量密度和含水量等)的动态过程。仿真结果表明,该模型能够较准确地反映运行参数对PEMFC动静态性能的影响。     

质子交换膜燃料电池热回收的实验研究

对质子交换膜燃料电池的热回收进行了实验研究.实验数据表明:热回收后燃料电池的整体效率提高幅度最小为7.54%,最大为23.8%,因此热回收对于节能及加快燃料电池这种清洁能源的推广应用有着重大意义.