重整条件对SOFC电池堆性能影响的实验研究

以天然气为燃料,建立了外部重整固体氧化物燃料电池(SOFC)系统的实验平台,在不同重整工艺参数条件下,对电池堆的性能进行了测试,得到了电池堆性能参数的变化趋势,分析了水碳物质的量比(即水碳比)、重整温度、重整方式以及天然气体积流量对SOFC电池堆性能的影响.结果表明:在不同的电流密度下,采用水蒸气重整方式电池堆的输出功率高于自热重整方式电池堆的输出功率;当电池堆工作温度设定恒值为1 023K时,随着水碳比的增大,电池堆的输出功率逐渐提高,随着天然气体积流量的增加,电池堆的输出功率显著提高.     

低催化剂载量直接甲醇燃料电池性能实验研究

利用自行设计的直接甲醇燃料电池实验系统研究了电池温度、阴极侧压力、甲醇溶液浓度和流量、氧气流量对低催化剂载量（阳极Pt-Ru载量为0．4mg／cm^2；阴极Pt载量为0．4mg／cm^2）直接甲醇燃料电池性能的影响。重点分析了运行参数对电池内部传质的影响。实验结果表明提高甲醇溶液浓度和流量不仅会强化甲醇向阳极催化剂层的传递，也会加剧甲醇窜流。另外，还研究了电流变化时电池电压的动态响应，结果表明甲醇窜流对电池动态响应起关键作用。     

液流电池堆分析与计算程序

液流电池图形用户界面（graphic user interface, GUI）整合了电池堆内部电流分布、流体阻力、稳态自然对流散热、结构封装压力和螺柱选型。基本满足研发人员独立进行多学科计算的要求,能初步评估一款电池堆的性能。多分堆构型液流电池堆的等效电路图采用网格法进行简化,并结合基尔霍夫电压定律求解恒流运行时的循环电流,并进一步计算出堆内逐节电池的实际通过电流、板框流道内的旁路电流,以及堆内主通道内汇总的旁路电流。电池堆流体阻力受板框流道设计、外接管路、电极参数和液位落差影响。矩形流道的达西摩擦系数采用经验方程计算,可将湍流阻力计算误差控制到10%,层流阻力计算误差极低,局部阻力系数采用达西3K参数式估算。电极流阻受电解液流经长度、电极渗透率和电解液黏度的影响。由于渗透率公式的计算结果偏离实验测量值较大,所以界面设定为实测值输入。电池堆按照有保温和无保温考虑在集装箱内的自然对流稳态散热,需要的输入参数包括电池堆的几何尺寸、保温层厚度、环境温度和堆内温度。封装力计算所用的单电池结构是板框配合内嵌盖板的形式。力主要用于找平板材翘曲、将密封垫压入密封槽、抵消内部液体压力和材料热膨胀,再以...     

液相进料直接甲醇燃料电池性能的实验研究

利用美国Arbin公司燃料电池测试装置，对液相进料直接甲醇燃料电池的性能进行了实验研究。通过电流．电压曲线，研究了燃料电池工作温度和压力、阴阳极差压、甲醇和氧气流量、甲醇浓度等参数对电池性能的影响。实验结果表明：较高的电池温度可以提高电池的性能；阴阳极差压提高，电池性能降低；在甲醇浓度较低时，燃料电池工作压力、工质流量和浓度的增加均使燃料电池性能有不同程度的提高。图8参7     

不同氧气浓度下CH4旋流燃烧器燃烧特性的数值模拟

对一种新型强制鼓风式燃烧器在不同O2浓度下的燃烧特性进行了研究,O2浓度分别为21%、23%、25%、27%、29%和31%。对燃烧器测试炉的炉膛内部温度分布和NOx生成情况进行了分析,并通过实验验证了模拟方法的准确性。研究结果表明:随着O2浓度的增加,测试炉膛内部火焰温度升高,炉膛温度分布均匀性变差,火焰最高温度位置前移,火焰整体长度增加,测试炉膛内部NOx浓度相应升高;当O2浓度低于27%时NOx的增长速率较为缓慢,当O2浓度高于27%时NOx的增长速率变大。因此,对于该燃烧器将O2浓度控制在27%以下可以有效地减少NOx的排放。     

管式固体氧化物燃料电池的数值模拟

通过耦合速度场、温度场、电势场和组分浓度场，建立了以纯氢气为燃料的管式固体氧化物燃料电池（SOFC）数学模型，并对西门子．西屋公司阴极支撑型（AES）管式SOFC进行了轴向二维模拟。模拟结果表明，组分浓度和电流密度的分布与SOFC的运行工况密切相关。在所模拟的电压范围内，欧姆极化起主要作用，提高固体氧化物燃料电池的平均工作温度、改善多孔电极的微观结构、使用纯氧代替空气作为氧化剂可改善电池性能。图8参10     

质子交换膜燃料电池传输现象的数值分析

建立了一个具有蛇形通道,采用Nafion117膜单体质子交换膜燃料电池的三维数学模型,该模型同时考虑了流动、传热、传质、电化学动力学和多组分传输现象。通过求解传输方程组,并耦合电化学动力学方程,获得了电池的极化性能曲线和电池内部的反应物浓度、温度、速度分布。计算结果表明,增加电极孔隙率、提高电池运行温度和压力有助于改善电池性能。估算的极化性能与献中的实验数据基本符合。分析了运行条件对电池性能的影响。     

磁场效应对锂离子电池性能的影响

随着电动汽车行业的迅速发展,锂离子电池的性能对电动汽车的续航里程至关重要.磁场是由运动电荷或电场的变化产生的,当外部磁场作用于物质时,物质内部被磁化,会产生许多微小的磁偶极子.为了深入分析磁场对锂离子电池性能的影响,提出了一种在磁场效应下对锂离子电池进行性能测试的实验方法,在此基础上,搭建了由锂离子电池、电池充放电测试...     

选区发射在硅基纳米线阵列太阳电池中的应用

创新地提出了采用“二次选区发射法”在纳米线阵列的顶部形成高掺杂区,提高了半导体一侧的掺杂浓度,实验结果表明：“二次选区发射法”能有效提高纳米线太阳电池的串联电阻,使最终电池的转换效率提高。此外,还通过测试从电池内部机理角度着重讨论了选区发射法对于提高电池光伏特性的原因,为纳米线阵列太阳电池转换效率的提高打下基础。     

全钒液流电池电堆局部供液不足导致副反应加剧的现象

在全钒液流电池电堆的实际运行中,并联供液的不同电极间可能会出现流量不均的问题,长期运行可能会造成电堆内部局部供液不足,不仅对电堆整体性能直接造成影响,还会加剧有害副反应(析氧反应、析氢反应、碳腐蚀反应等),进而导致阻塞加重、内阻增大.为了定量研究局部供液不足条件下液流电池电堆的表现,本工作建立全钒液流电池电堆模型,针对...     

空气抽吸式甲醇燃料电池传热与传质特性

空气抽吸式直接甲醇燃料电池不仅具有被动式燃料电池的优点,同时又便于将其串联成电堆提高输出电压。建立以阴极为管道抽吸式结构的直接甲醇燃料电池的三维、两相、非等温稳态数值模型,研究了质子交换膜性能、供给甲醇浓度以及电堆规模对电池性能及燃料利用率的影响。对于保温较好的大电堆,采用低甲醇穿透的改性质子交换膜能同时提升燃料利用率和比功率;此类电堆若采用穿透率低的改性膜,则2 mol/L的甲醇浓度就能保证电池在较大的电流密度区间内维持较高的功率与效率。作为影响电池运行温度的重要因素,电堆规模的大小将直接影响质子交换膜种类与甲醇浓度等关键参数的设计与选择。     

对流型地层内井下换热器实验模拟研究

采用3-5mm的饱和微珠玻璃球堆来模拟同轴管式井下换热器（DCHE）周围对流型地温地层，对其换热过程中温度分布及其变化、主要影响因素进行了实验研究，为利用同轴管式井下换热器开发地热资源提供依据。     

新型锂盐氟代磺酰亚胺锂电解液对锂离子电池性能的影响CSCD

采用新型锂盐双(氟代磺酰)亚胺锂(Li FSI)代替六氟磷酸锂(Li PF_6)作为锂离子电池的电解液锂盐,配制不同浓度的Li FSI/EC+EMC+DMC(质量比1∶1∶1)电解液,用循环伏安、电化学阻抗(EIS)、恒流充放电等实验并结合Li^+迁移数、电导率和黏度等物化参数的测试,研究新型锂盐浓度和电解液物化参数对电池倍率性能的影响。结果表明与同浓度的Li PF_6电解液相比,Li FSI电解液具有更高的离子传导能力和电导率及锂离子迁移数;在0.8~1.6 mol/L的浓度范围内,含Li FSI电解液的电池相对含Li PF_6电解液的电池表现出更好的电化学性能,更适用于高性能锂离子电池;1.2 mol/L为Li FSI电解液的最优浓度,此时其电导率和锂离子迁移数均达到最大值(κ=12.39 ms/cm,t_+=0.6327),制备的锂离子电池电化学阻抗最小,倍率性能最佳。     

液流电池模拟仿真研究现状与展望北大核心CSCD

液流电池作为一种典型长时储能电池,是可再生能源为主体的新型电力系统的重要组成部分。液流电池技术的不断发展对工程化电堆开发和系统设计提出了更高要求,相比于传统实验测试方法周期长成本高的特点,模拟仿真技术高效而便捷,近年来在液流电池高功率电堆和大容量储能系统设计方面起到了重要作用。本文将基于现有研究工作,重点围绕液流电池基础科学问题的模拟仿真、电堆数值模拟与动态仿真、储能系统模拟仿真与设计三个方面,对液流电池模拟仿真研究现状进行综述和分析,最后对未来液流电池模拟仿真技术的进一步发展提出了展望。     

基于计划曲线的储能系统均衡热管理及节能研究北大核心CSCD

在储能电池舱能量密度逐渐升高的背景下,热管理耗能占总辅助用电的比例逐渐增加。由于电芯间不均匀送风,温差会进一步拉大。为实现储能系统低能耗、低温差的目标,本工作提出了一种基于能量管理系统(EMS)计划曲线的热管理控制策略,并采用电芯温度对储能电池舱内空调进行集中控制。通过对容量为5.017 MWh的储能电池舱进行实验,研究该策略对电芯温差及空调耗电量的影响。研究结果表明,电芯本征不一致、模组风扇状态、空调状态对电芯温差均有影响,在现有集成情况下,空调启动对温差有负面作用。在相同的充放电功率下,相比于无控制策略的实验条件,电池堆1和电池堆2的电芯温差分别降低了0.9℃和1.4℃。此策略下,由于空调待机时无内循环风机功耗,空调日总耗能降低了62%。     

管式电除尘器的实验研究

为研制新型的除尘装置,本文对管式高压静电除尘器的性能进行系统的实验研究,通过模型实验,研究烟气流量、粉尘浓度、电场坟对除尘效率的影响关系和变化规律,发现在一定的粉尘浓度下,只要选择合适的电场风速和电压,电寺器的收尘效率可高达９９．９％,说明在烟气除尘中,电除尘器有很好的应用前景。     

钒电池中高浓度VOSO_4水溶液黏度预测CSCD

全钒氧化还原液流电池的电解液是能量储存与转化的核心。黏度作为电解质重要的传输性质,不仅是所需的基础数据,还可以反映出电解质溶液性质,内部离子间的相互作用机理和溶液的微观结构等。开展钒电池电解液黏度的研究对钒电池整体性能的提高具有重要指导意义。在283.15~323.15 K温度范围内测量了0.5~3.0 mol/kg VOSO_4水溶液的动力黏度和密度,计算了VOSO_4水溶液的活化能。在Eyring液体黏度理论的基础上,提出了可以预测高浓度VOSO_4水溶液黏度的半经验方程,并对实验值和计算值进行了比较,结果良好,平均相对偏差为0.3%。另外此种半经验方法也可以推广到其它电解质体系,同时也是对复杂溶液体系物化理论的重要补充。     

Safety-enhancing electrode additives for Li-ion batteries

分别以α-Al₂O₃和Li₂TiO₃作为锂离子电池正极和负极中的安全添加剂,提出了安全添加剂的作用模型,系统比较了有无安全添加剂的两组电池的电化学性能和安全性能。电化学性能测试结果表明,安全添加剂的加入会很小幅度降低锂离子电池的能量密度;电池的倍率性能不受影响,其在5 C放电倍率时容量保持率达到82.3%（以1 C为基准）;电池的预期循环寿命达2409次（按照80% DOD计算）,相比对比组电池的896次预算寿命大幅增加。安全性能测试结果表明,添加了安全添加剂的电池能够通过严苛的穿刺测试、重物撞击测试和外短路测试等安全测试,安全添加剂的存在可以有效避免电池内部局部热点的产生,使不可控的内部短路转变为可控的低倍率放电,显著提高电池的安全性能,在商业化方面展示出良好的应用前景。     

全钒液流电池健康状态(SOH)特性北大核心CSCD

电池系统健康状态(SOH)特性的准确掌握和评估对于提高电池储能系统的可调度特性和运行的经济性具有重要意义,是新型储能系统大规模应用非常重要的一个指标。本研究基于自主开发的全钒液流电池系统测试平台,模拟全钒液流电池系统实际运行工况开展了近2年的充放电实验。本文对全钒液流电池测试平台2年内的容量、能量效率,平均价态及电池内阻变化进行了总结和分析。实验数据表明,在本研究运行工况下全钒液流电池系统年度SOH降低幅度大约为4%,能量效率保持基本稳定。分析发现,平均价态变化使得放电末期浓差极化内阻快速增加是导致全钒液流电池系统容量衰减的主要原因,同时全钒液流电池系统SOH表现出与其他固态电池非常明显的差异性,即全钒液流电池的SOH是可100%恢复的。     

基于液冷电池模组的结构优化与热蔓延抑制

本工作通过数值仿真研究了一种新型液冷壳体结构的电池模组热性能,并通过实验测量验证液冷壳体结构的散热和热蔓延抑制特性。模组由4×5颗圆柱电池和液冷壳体组成,壳体内部设计流道提供液冷散热。仿真模型通过建立电池模组的等效电路子模型(ECM)模拟电池产热,研究壳体内部流道排布对热性能影响,以电池模组最高温度、最大温差和进出口压降作为性能评价指标,并引入期望函数以获得优化的壳体流道排布。基于优化的流道组合制备了一进两出的液冷壳体,组装三元18650真实电池模组进行热性能实验研究。研究发现：一进两出结构的热性能优于一进一出结构,3 C放电速率和1 m/s入口流速下与基准案例相比,最优情形1(短边侧一进两出流道排布)的最高温度增加了0.3%,但温差减少了8.87%,压差减少了66.5%。真实电池模组实验中充放电倍率越大,电池温度越高,汇流排焦耳效应影响越大。降低冷却液温度会导致放电时间变短、电池模组能量效率下降。最后采用高功率电池产热模型模拟热失控,实验发现在热失控功率600 W下相邻电池温度在57.4℃,不会发生热失控与热蔓延,即新型液冷壳体兼具散热、均温和热蔓延抑制作用。