考虑水膜存在的PEMFC流场的优化模型

在PEMFC的研究中,双极板流场一直是一个非常关键的研究部分。如今对双极板流场的研究,多基于反应产物水仅以气态形式存在,然而在实际的反应中,尤其在大电流密度下,扩散层中有液态水产生并在电解质表面形成水膜,影响着燃料电池的使用性能。引入液态水水膜对PEMFC性能的影响,推导出新的电流密度公式,使其更符合真实反应情况,并建立了更准确的三维阴极模型对交指形流场尺寸进行优化,得出在宽度为1cm的双极板上制造出4组流道且其进出流道宽度比为1.5∶1时更好。     

PEMFC自增湿膜水传输研究

PEM燃料电池正常运行时，电池中的质子交换膜应该得到充分润湿。基于Springer模型，推导出膜中磺酸基团所带水分子数沿着膜厚方向的分布方程。考虑膜厚、温度和电流密度等因素的影响，分析膜中水传输的规律，得到了极限状况下膜的润湿状态。结论认为膜越薄越容易自润湿；膜越薄、电流密度越大，则膜自润湿所需时间越短，当膜厚小于15／μm，电流密度大于0．6A/cm^2时，膜自润湿所需时间会急剧减少。结论对于PEM燃料电池的设计和操作具有一定的指导意义。     

相对湿度对PEMFC水传输和分布的影响

建立了一个二维稳态两相等温的质子交换膜燃料电池模型用于研究相对湿度对电池水传输的影响。模型综合考虑了电池中的动量守恒、质量传输、电荷守恒、催化层中的电化学反应,以及扩散层中液态水的凝结。通过计算分析电池内部的水分布和水传输表明:燃料电池的进气均需要加湿,以保证电解质膜的湿润,使其具有很好的导电能力;阴极进气加湿在75%左右电池性能可以达到最佳;阳极进气干燥对电池的性能影响较大。     

PEMFC二维稳态水传输模拟分析

建立了一个二维稳态等温的质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型用于研究电池内部水传输机理。模型综合考虑了电池中的动量守恒、质量传输和电荷守恒,以及催化层中的电化学反应。通过计算预测了电池在特定条件下的极化曲线,曲线趋势和试验结果吻合良好。模拟分析电池内部水传输机理表明:电流密度增加会加强水从阳极向阴极的迁移,使膜的阳极侧脱水;进气湿度对水的传输有较大的影响,减小任何一侧气体的相对湿度会使膜大范围干燥,导致电池性能下降。     

质子交换膜燃料电池气体扩散层的耐久性研究

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)用气体扩散层(Gas Diffusion Layer,GDL)的耐久性问题进行了评述,分析了扩散层老化的原因,并对GDL耐久性的实验研究方法及表征手段进行了总结,最后对GDL的耐久性研究进行了展望.     

PEMFC传输现象动态特征研究

PEMFC传输现象动态特征对于理解其运行机理进而实行优化控制非常重要.通过一单流道单电池三维模型,考虑反应气体相对湿度的变化以及电池电流密度的变化,模拟了电池内部膜阴极表面磺酸基团水分子数、氧气扩散、流道内进出口压力、气体流率等传输现象的动态过程.结论对于相关研究具有参考意义.     

气体扩散层各向异性传输特性的孔尺度模拟

为研究质子交换膜燃料电池（PEMFC）气体扩散层（GDL）内孔隙率对各向异性传输特性参数的影响,首先,使用数值随机重构的方法对Toray TGP-H气体扩散层进行三维微观结构重构。在重构中考虑到了碳纤维分布的各向异性以及Toray TGP-H气体扩散层内部所有的相,包括孔、碳纤维、黏合剂和聚四氟乙烯。然后,利用孔尺度模型分别研究了孔隙率与有效扩散率、曲度、有效电导率、有效热导率以及液态水渗透率在厚度方向和平面内方向的关系。结果表明：孔隙率对传输特性有显著的影响,并且Toray TGP-H气体扩散层的传输特性在平面方向和厚度方向存在着十分明显的各向异性。     

考虑水膜结构的PEMFC团聚体二相流模型

液态水对催化层的影响是目前PEMFC的研究热点之一。团聚体模型是催化层研究中广泛采用的一种复杂模型,但目前的研究多集中在液态水对催化层孔隙率的影响,对团聚体模型的影响却很少。本文引入液态水对团聚体自身结构的影响,建立了能更加准确反映催化层结构参数影响的二维、气液二相变的阴极模型。计算分析结果显示液态水在团聚体表面形成水膜会阻碍氧气的扩散,从而导致在大电流密度（>5000A/m2）时,PEMFC极化曲线会快速下降,同时极限电流密度减小。     

重力对PEMFC性能影响的实验

目的 改变PEMFC(质子交换膜燃料电池)阴极和阳极的上下位置,测试重力对PEMFC水管理的影响,优化燃料电池阴阳极的摆放方式.方法 对应着阴阳极上下位置的不同,在阴极气体加湿(阳极不加湿)和阳极气体加湿(阴极不加湿)两种运行条件下,通过改变电子负载测定输出电压和电流.结果 温度在40～70℃变化时,对阳极在上,阳极气体加湿或不加湿;阴极在上,阴极气体加湿或不加湿4种情况,测得的电压/电流密度数据,绘出了4幅极化曲线图.结论 重力对PEMFC内液态水的排出有很大的影响,阴极在上时,如果液态水过剩,过剩液态水不容易排出电池阴极;而当阳极在上时,阴极过剩液态水相对容易从电池阴极排出.阳极在上的PEMFC电流密度性能要比阴极在上的要好.     

质子交换膜燃料电池气体扩散层的力学改进模型

针对质子交换膜燃料电池膜电极结构力学特性复杂,导致工程中的仿真分析结果难以与真实情况吻合的问题,对膜电极结构中气体扩散层的复杂力学行为进行描述,进而改进燃料电池力学仿真的准确性。首先,提出了气体扩散层微观结构的改进模型,并通过实验的方法确定了模型参数。然后,利用UMAT用户子程序在Abaqus中进行有限元仿真验证。实验与仿真结果表明,本文力学改进模型能够较好地模拟气体扩散层的非线性力学行为,可以提高燃料电池工程仿真的准确度,可应用于燃料电池装配及机械寿命预测的工程分析中。     

聚合物电解质燃料电池研究进展

综述了聚合物电解质燃料电池（PEMFC）的研究进展，讨论了PEMFC的五个主要研究问题，比较、分析了Nafion、聚苯并咪唑（PBI）膜和其他质子交换膜性能。最后，对质子交换膜的研究提供了意见。     

基于COMSOL的质子交换膜燃料电池梯度扩散层的数值模拟

为了研究质子交换膜燃料电池的扩散层结构对燃料电池导电、排水、导气等性能的影响,利用COMSOL Multiphysics软件对质子交换膜燃料电池进行仿真模拟分析,主要针对扩散层孔隙率沿厚度方向梯度变化的规律及燃料电池阴极侧传质过程和电池性能进行了模拟分析。结果表明：采用梯度结构的扩散层可以减小阴极水淹现象的发生,孔隙率梯度分布的扩散层电池性能优于孔隙率均匀分布的扩散层的电池性能;在平均孔隙率相同时,孔隙率梯度结构变化越大,阴极侧排水能力越强,液态水残留量越少。     

空气电极防水透气膜的工艺研究

对防水透气膜中各成分用量及制备工艺参数进行优化研究，确定了防水透气膜的最佳工艺条件，制备出空气电极，用空气电极与铝阳极成功组装单电池，并采用SEM、稳态极化曲线法和恒电流放电法对防水透气膜的性能进行研究．结果表明：防水透气膜具有优异的电化学性能，空气电极的极化明显减小，电流密度由82mA／cm^2提高到150m～cm^2；单电池样品的恒流放电容量在40Ah以上。     

质子交换膜燃料电池气体扩散层涂料制备研究

气体扩散层是燃料电池的重要部件之一,为电极反应提供电子、水和气体的三相通道,扩散层涂料的制备直接影响了扩散层的性能.论述了在涂料制备中的几个重要影响因素,为扩散层性能的改进提供了可行的方法.     

重力对质子交换膜燃料电池性能的影响

目的观察重力在采用不同阴极和阳极相对位置时，对PEM燃料电池内水传递的影响，从而得出重力对其性能的影响．方法通过改变电子负载测定输出电压和电流，利用电压／电流密度画出极化曲线．结果对应着阴极在上。阳极在上和阴阳极并排放置这三种相对位置，电池温度、阳极气体加湿温度和阴极气体加湿温度在30℃～80℃之间同步变化，得出六组性能曲线．结论重力对PEM燃料电池内液态水的传递及其性能有影响，电极摆放位置的不同。重力对电池性能的影响程度不同．