燃料电池技术原理和应用

介绍了燃料电池的发展历史、特点及分类,并初步介绍了燃料电池的基础理论,能量转化效率对国内外质子交换膜燃料电池的研究和应用情况进行了详细的论述、同时,也论述了我国燃料电池的发展状况和前景.     

微型直接甲醇燃料电池研究进展

简单介绍了燃料电池的基本原理,并分析了燃料电池小型化的必要性;对目前微型直接甲醇燃料电池的最新研究动态进行了介绍.结合当今国内外最新的研究成果重点讨论了微型甲醇燃料电池的催化剂、质子交换膜、膜电极组件等若干关键技术所取得的进展.最后给出了微型直接甲醇燃料电池普及需待解决的几个问题以及对微型直接甲醇燃料电池的展望.     

质子交换膜燃料电池自增湿研究进展

概述了质子交换膜燃料电池自增湿研究状况，指出自增湿的出发点是有效利用电池阴极过程生成水。综述了薄电解质膜、新型自增湿膜、自增湿流场结构三种方法的研究进展及适用空间。对自增湿技术发展前景进行了探讨。     

PEM燃料电池流场形状研究现状

双极板是质子交换膜燃料电池堆的重要部件之一,流场形状结构构成了双极板最主要特征。文章将近年来流场形状的研究现状进行梳理,通过对比分析各种流场设计方法,其对反应物与生成物的分布影响,流场内压力、热量及电流密度分布,流场制造成本等。总结各种流场优缺点,得出燃料电池不同实际应用情况下的最佳流场类型。以此为质子交换膜燃料电池流场的结构设计及研究发展方向提供可行性参考。     

质子交换膜燃料电池故障检测研究

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的故障检测和系统稳定性问题,结合其多传感器特性,采用基于实时PCA的质子交换膜燃料电池故障检测方法,根据燃料电池反应信号数据建立PCA模型,通过窗口过滤方式和遗忘因子算法实时更新模型,并将降维后获得的数据用统计方法进行处理,从而检测出故障。有效地简化了燃料电池系统故障检测的过程,改善了故障检测的实时性,提高了燃料电池系统工作的稳定性和可靠性。     

国际燃料电池汽车的开发现状简介

为了贯彻可持续发展方法，国际上都在开发节能效果大、生态环境效益好的燃料电池汽车，我国已列入“十五”重点科技攻关项目大力开发，以便用于2008年北京奥运会。为供参考兹对日、美、欧洲在燃料电池汽车开发方面的动向和相关措施作一简要介绍。     

质子交换膜燃料电池性能的模糊熵权综合评判

采用数值模拟法,通过模糊熵权综合评判,确定各电压对应的熵权,对质子交换膜燃料电池极化曲线相交的情况,进行了电池性能的综合评判。结果表明,采用模糊熵权法能够很好地处理极化曲线相交时电池性能的比较,解决了极化曲线在相交时不易比较电池性能的问题。     

蛇形流场结构质子交换膜燃料电池的性能研究

建立包括催化层、扩散层、质子膜在内的三维质子交换膜燃料电池模型,通过Fluent软件模拟4种不同结构的蛇形流场,通过对速度、膜中水含量以及功率密度等分析得出蛇形流场的最优结构,并对最优结构进行参数优化。研究表明,4种不同蛇形流场结构中,Multi-serpentine II为最优,随着温度、压强的增加,这种流场结构的燃料电池呈现出良好的性能,从而为质子交换膜燃料电池双极板的设计提供依据。     

温度、压力和湿度对质子交换膜燃料电池性能的影响

以Nafion质子交换膜燃料电池(PEMFC)为对象，通过测量电池的电流—电压、电流—功率和电压—时间曲线，研究了温度、压力和湿度等条件对电池性能的影响，同时也考察了电池的能量转换效率及短期运行时的稳定性，得出了电池较佳的工作条件。实验和计算结果表明：在反应温度为72℃、H2和02压力分别为0．2MPa、进气湿度饱和时，电池最大输出功率可达0．7W．cm^-2；在0．3W.cm^-2～0．7W．cm^-2范围内电池能量转换效率为62％—34％；在大电流密度下电池仍能稳定工作。     

燃料电池用阴离子交换膜结构设计研究进展

阴离子交换膜(AEM)作为燃料电池的核心部件,其发展备受关注。但使用过程中主链与阳离子基团易受到强碱性亲核试剂氢氧根的进攻而降解,使得AEM存在碱稳定性差、氢氧根传导率偏低等问题。研究证实,通过对阴离子交换膜的分子结构进行设计,调节骨架和阳离子基团之间的匹配和协同作用,可提高膜的离子传导率和尺寸稳定性。本文从结构角度出发,对不同结构的阴离子交换膜进行了总结,重点介绍了结构设计对AEM的耐碱稳定性及离子电导率的影响,并从结构设计及其组合使用的角度对燃料电池用AEM的未来发展方向进行了展望。     

交指状流场质子交换膜燃料电池的流动特性

不同流场构型对质子交换膜燃料电池的流动特性和电池效率有重要的影响,因此流场的设计和理论研究是质子交换膜燃料电池研究的重要课题.发展了一个基于计算流体力学的稳态的三维数学模型,应用建立的模型对一个交指状流场设计的质子交换膜燃料单电池进行了数值研究,电池的电极面积大小为6.4×6.5 cm2,计算得到了电池的流场、局部电流密度和组分浓度等的空间分布,分析了其流动特性和传输机理.     

扩散层结构对质子交换膜燃料电池性能的影响

设计了等效孔隙率为0.67且含有不同孔径分布的5种扩散层,并建立了二维、单相、等温的质子交换膜燃料电池稳态模型,模拟研究了扩散层内不同孔径分布对电池性能的影响。研究表明,扩散层骨架的特性直接影响电池的电性能,电子通道的最小尺寸会影响极化曲线欧姆极化区的斜率;阳极侧氢气的传输受孔结构影响不大,认为基本不受孔结构的影响;在阴极侧,氧气的传输受气体通道与流道交界面尺寸的影响。     

阴极流道分流进气对燃料电池性能影响的实验研究

针对高工作电流密度下,燃料电池内局部水淹导致的传质损失问题,本研究提出了一种阴极流道多进口分流进气方式。实验研究了三种典型分流口位置及分流进量对电池性能的影响。研究发现随着分流口远离阴极主进气口,电池性能呈现先上升后下降的趋势,且当分流口靠近主进气口时,增加分流量有助于电池性能提升,但分流量的增加对电池性能的提升存在一个极限值;因此,在对电池进行分流进气优化时需综合考虑分流口位置和分流量的影响。当分流口为SIP-30%且分流量为按化学当量比ξc = 0.75取值时,分流进气方式相比传统进气方式,电池的最大功率密度高出17.8%。     

非对称气体扩散电极对空冷自增湿质子交换膜燃料电池性能的影响

通过对阴极和阳极气体扩散电极(GDE)采用不同厚度的碳纸、不同PEFE载量等方法研究了非对称气体扩散电极对空冷自增湿燃料电池性能的影响。通过实验得出:增大阳极扩散层厚度、减小阴极扩散层厚度均能提高电池性能,而且通过提高阳极疏水性,降低阴极疏水性,能够保证促进阳极保水和阴极排水,提高电池性能。得到的阳极PTFE含量60%,阴极PTFE含量20%的非对称型GDE组装的电池性能比PTFE含量40%的对称疏水GDE制备的PEMFC性能高5%,比商业的SIGRACET~(?)高9.16%。电池在50℃自增湿条件下工作的最大功率达到643.2mW·cm~(-2)。     

基于LSTM-UPF混合驱动方法的燃料电池寿命预测

燃料电池的寿命预测是燃料电池健康管理的重要组成部分,可为燃料电池的运行和维护提供指导性意见。为提高寿命预测的工况适应性并保证预测精度,本工作结合长短期记忆神经网络（long short-term memory neural network,LSTM）和无迹粒子滤波（unscented particle filter, UPF）两种算法的优势,提出了一种LSTMUPF混合驱动方法进行稳态和准动态工况下燃料电池的寿命预测。该方法首先优化训练预测模型的实验数据并采用离散小波变换（discrete wavelet transform, DWT）技术将其分解为高频部分和低频部分,使用LSTM算法对这两部分分别进行预测实现对燃料电池长期老化趋势的预测,并使用修正因子对趋势预测结果进行漂移修正,然后利用得到的燃料电池长期老化趋势,根据UPF算法对燃料电池的剩余使用寿命（remaining useful life,RUL）进行估计。采用预测寿命终点、预测寿命误差、置信区间宽度、RUL预测误差等评价指标对不同寿命预测方法进行对比分析,结果表明,LSTM-UPF混合预测方法对燃料电池稳态工况和准动态工况的...     

物理法制备燃料电池用催化剂

质子交换膜燃料电池的不断进步,为目前的能源需求提供了一个有潜力的解决方案。当前的研究重点是提高性能和降低整体成本的制造技术。在膜电极（MEA）组件上的催化剂沉积在过去的几十年里有许多技术已被使用,主要分为化学法和物理法两大类,其中物理法由于制备流程简单,沉积分布均匀等优点被广泛应用。该文旨在回顾许多已发表的主要技术,以展示各种各样的催化剂物理制备方法。     

我国燃料电池汽车用质子交换膜产业发展分析

氢燃料电池汽车是未来新能源清洁动力汽车的主要发展方向之一,质子交换膜作为氢燃料电池的核心原材料,其性能的好坏直接决定着燃料电池的性能和使用寿命,因而也成为近年来研究的热点。按照含氟量对质子交换膜进行分类,主要包括全氟磺酸质子交换膜、部分氟化聚合物质子交换膜、复合质子交换膜和新型非氟化聚合物质子交换膜,其中全氟磺酸质子交换膜由于其优异的性能成为当前最为商业化的电解质膜。未来几年,随着氢燃料电池汽车规模化应用,质子交换膜也必将迎来新的高峰,蕴藏着巨大的市场潜力。我国质子交换膜产业整体正处于加速发展阶段,市场开始活跃,企业正在加速布局,但目前产能利用率较低。国内质子交换膜整体供给仍然不足,大部分需求方仍使用进口膜。国内生产企业正在加速发展,部分代表性企业已经实现批量供货,并正在扩大产能,其他企业也在加快布局。全氟磺酸质子交换膜仍然是当前商业化应用的最优选择,如何在提升性能的同时降低成本是重点研究方向。从长远看,在发展全氟磺酸质子交换膜的同时,仍需布局发展部分氟化、无氟型以及复合质子交换膜。     

PEMFC圆形双极板径向流场环形肋板孔道研究

为研究质子交换膜燃料电池圆形双极板径向流场环形肋板上的孔道对电池性能的影响,借助多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics对不同孔道数目的流道设计方案进行数值模拟。选定某一特定孔道数目之后,进一步研究孔道的形状尺寸对电池电化学性能和物质输运能力的影响。结果表明：增加环形肋板上孔道的数目有利于提升电池输出功率,采用长宽比为1.50~1.75的矩形孔道的燃料电池整体性能最优。     

泡沫镍空气阴极微生物燃料电池的产电特性

研究了泡沫镍阴极的制备和对单室微生物燃料电池产电性能的影响。研究发现,当阴极PTFE扩散层超过4+1层时,MFC的功率密度随扩散层数增加而逐渐下降;当阴极扩散层为五层(4+1层)时,微生物燃料电池最大功率密度最大,达到31.3 W/m3,电池的库仑效率为25%;当使用7+1层PTFE扩散层时,电池功率下降到25.6 W/m3;泡沫镍阴极厚度对阴极性能影响不大;研究发现,滚压后再涂一层扩散层能够抑制泡沫镍阴极的长期运行的析盐。