质子交换膜燃料电池

燃料电池是利用电化学反应原理,以氢或富氢物质为燃料,高效率、无污染排放的发电装置。由于对环境保护的要求越来越多,加之地球所储化石能源的日渐枯竭,人类迫切需要寻求资源丰富、洁净、高效的新的能源。经过长期坚苦卓绝的努力,人们终于找到了氢能,而燃料电池,则是使用氢能最佳的工具。随着科学技术的不断进步,燃料电池呼之欲出,商业化运用近在咫尺。 受编者之邀,以此文向《电器工业》杂志的读者朋友介绍一下我所认识的燃料电池。     

质子交换膜燃料电池模型研究现状

对近十几年质子交换膜燃料电池在扩散层、催化层和膜的一维方向上、沿流道和MEA的厚度的二维方向上以及电池内整个三维方向的主要模型工作进行了简要介绍.指出模型工作可能的发展方向是:从微观角度更趋近真实地描述电池内部过程,以及发展用于复杂流场甚至电堆的全三维模型.     

质子交换膜燃料电池移动电源温度模糊控制

质子交换膜燃料电池移动电源是当前燃料电池研究领域的一个重要方向,也是一个研究热点,其中质子交换膜燃料电池的温度控制对移动电源的电池性能影响很大。从应用的角度出发,采用多变量模糊推理和模糊逻辑控制的理论,对质子交换膜燃料电池温度控制进行了研究,建立了质子交换膜燃料电池移动电源的温度模糊控制系统,以有效地解决质子交换膜燃料电池温度控制的时变性、大滞后、不确定性和强耦合的难题。经过计算机仿真,结果表明此控制方案是合理和有效的,而且满足它的温度控制特性的要求。     

质子交换膜燃料电池的温度实验分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)温度对发电性能的影响很大.通过自行开发的1 kW PEMFC的温度控制实验,对其温度特性进行了详细分析,提出了温度控制的模型.     

百瓦级质子交换膜燃料电池温度模型与仿真

本文建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的机理模型和辨识模型,对其优缺点进行了对比。     

燃料电池质子交换膜概述

高性能、低成本质子交换膜的开发对于清洁、高效燃料电池技术的广泛应用具有重要意义。本文从质子交换膜的性能要求出发,重点概述了本体质子交换膜和复合质子交换膜的结构特点、性能优势与不足及其制备技术,并展望了质子交换膜的研究方向和发展趋势。     

质子交换膜燃料电池故障诊断

近些年来,对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的研究有了很大的进展.但仍有许多问题尚未解决,特别是故障诊断和系统稳定性问题.针对PEMFC的两种典型故障--电极水淹和质子交换膜脱水进行研究.提出一种适于在线故障诊断的模糊模型,并用蚊群算法对模型参数进行优化.最终通过对模型输出的大小和变化率设定两个阈值,得出了判别两种故障的方法.     

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。     

闭口质子交换膜燃料电池温度分布特性研究

热管理对质子交换膜燃料电池性能、寿命和稳定运行起着重要作用。通过设置热电偶,对闭口质子交换膜燃料电池的温度分布特性进行了实验研究。结果显示,闭口质子交换膜燃料电池内温度最高点位于阴极流道出口段。同时,对闭口电池发生水淹现象时的温度分布进行了研究,结果显示,电池温度低于50℃时,发生水淹时电池内热点位于阴极出口段;当电池运行温度超过50℃时,随着电池运行温度的升高,热点的位置由阴极出口处向进口处移动。     

质子交换膜燃料电池系统控制研究

为了保持质子交换膜燃料电池的输出功率最大化,文章针对 DCＧDC变换器设计了一种滑模控制器,在 Matlab/Simulink中进行仿真分析.与传统的 PID控制器相比,所设计的滑模控制器动态响应快,抗干扰性能更强,具有 较好的控制效果。     

千瓦级质子交换膜燃料电池

组装了一台40节千瓦级质子交换膜燃料电池。双极板采用复合板,阴极侧流场采用蛇型流场,而阳极侧流场采用平行沟槽流场。电极采用杜邦公司的Nafion1135质子交换膜热压而成,碳载铂为电催化剂,铂担量为0.4mg/cm2,电池组工作温度范围为室温至80℃,工作压力pO2,空气/pH2=0.20MPa/0.19MPa,以氧气为氧化剂时电池组输出最大功率为2 5kW;以空气为氧化剂时电池组输出最大功率为1.2kW。     

质子交换膜燃料电池水管理

针对电池中膜电极失水或被水淹没两种情况对电池的危害,论述了水管理是质子交换膜燃料电池取得良好性能的关键因素之一;介绍了增湿方法包括外增湿法、内增湿法和自增湿法,排水方法包括静态排水法和动态排水法;介绍了各种增湿方法和排水方法的原理,并对其优缺点进行了评述。     

质子交换膜燃料电池建模综述

综述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)建模方法和模型类型。概述了PEMFC的机理模型和经验模型,详细介绍了电压模型、空气供应子系统模型、氢气供应子系统模型、水管理子系统模型和热管理子系统模型等,综述了国内外对PEMFC数学建模的研究现状,并对未来PEMFC数学模型的发展提出了展望。     

质子交换膜燃料电池的研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池的核心组成与工作原理，对燃料电池的膜材料和电催化剂、膜电极技术的发展现状以及对膜电极的制作工艺和结构优化进行了评述和分析，指出了目前质子交换膜燃料电池研究存在的问题及发展趋势。     

质子交换膜燃料电池流道设计

质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源.双极板(流场板)是质子交换膜燃料电池的重要部件,其质量占电池堆60%以上.流场板上的流道设计对电池性能、运行效率和制造成本有很大影响.系统地综述了现有的流道设计,剖析了流道的功能及其对电池性能的影响,并在此基础上讨论了流道设计的发展趋势.     

质子交换膜燃料电池开发现状

论述了单体质子交换膜燃料电池(PEMFC)的技术现状.介绍了国内外PEMFC的研究进展,趋于成熟的贮氢技术,以及未来展望.     

质子交换膜燃料电池阴极数学模型

Ｓｔｅｆａｎ－Ｍａｘｗｅｌｌ方程用于氧在扩散层内传递;稳态连续方程和Ｆｉｃｋ 第一定律分别用于氧在催化层内气体通道和电解质膜中传递,采用一维宏观均匀模型,建立了质子交换膜燃料电池氧电极的数学模型。给出了反应速度和氧气浓度在催化层内分布,并分析了各种参数对氧电极性能的影响。结果表明：（１）当催化层内气相孔隙率为０．０１以上,则氧在催化层内浓度分布就趋于均匀;（２）催化层厚度为２５ μｍ 左右最佳,过厚影响传质,过薄不能提供足够的反应界面;（３）提高催化层内质子电导和催化剂的有效表面积将极大地提高电极性能;（４）低电流密度时,反应在催化层内分布均匀;高电流密度时,反应集中在催化层靠近扩散层一则。     

质子交换膜燃料电池发展现状

介绍了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的结构、组成和工作原理，叙述了不同质子交换膜的来源特点及导电性与膜参数的关系；对不同电极和电极催化剂性能作了评述；综述了目前几种氢的来源、优缺点及质子交换膜燃料电池有关问题的发展动向和前景。     

质子交换膜燃料电池数学模型评述

比较和分析了不同的质子交换膜燃料电池数学模型,指出了各自优缺点。其主要结论是高电流密度时,膜电阻是主要的过电位损失;当采用空气为氧化剂时,质量传递阻力是电池性能的重要限制因素;电池伏－安曲线偏离线性区的原因是扩散层被水淹;水在膜内传递主要是电迁移和扩散,二种相反作用的结果使膜中净水传递为０．２（Ｈ２Ｏ／Ｈ＋）左右;为了防止高电流密度时,膜阳极侧失水,使膜电阻增大,必须对阳极反应气进行增湿,空气做氧化剂时,阴极亦应适当增湿;排热对水管理有重要影响,必须同时考虑水平衡和热平衡。