大功率燃料电池运行条件的研究

采用正交法设计实验,利用不同结构的流场组装的两台50kW质子交换膜燃料电池堆运行,探索各种电池运行因素(温度、相对湿度、反应气利用率等)对大功率燃料电池堆稳定运行的影响,获得较优的燃料电池运行条件;为大功率燃料电池发动机的稳定运行提供参考。     

模拟车况下的质子交换膜燃料电池耐久性研究

为了研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆在车载运行条件下的耐久性,介绍了3 kW的PEMFC电堆在模拟车载运行工况条件下的1 000 h耐久性实验.通过分析不同工作电流条件下的电压、电堆极化曲线以及单电池电压分布等随时间的变化来考察PEMFC电堆在模拟车况条件下的性能衰减情况,并借助于红外探温测试和TEM表征来阐明电堆性能衰减机理.研究表明:在模拟车况条件下工作1 000 h后.质子交换膜燃料电池堆在0、35 A及85 A工作电流条件下的电压都衰减了6%左右,单电池电压平均衰减率分别为39.1、23.0 μ V/h和23.3 μ V/h;电堆中各单电池的性能衰减存在空间差异;质子交换膜的损伤导致的气体穿透是引起质子交换膜燃料电池堆性能衰减的主要因素.     

质子交换膜燃料电池热力耦合仿真分析

温度是影响质子交换膜燃料电池电堆性能的一个重要因素,尤其是车用质子交换膜燃料电池工况非常复杂,温度变化范围跨度较大(-30～80℃)。针对温度和装配压力的耦合效应,建立了质子交换膜燃料电池电堆热力耦合三维有限元分析模型,通过定义螺栓预紧力及设置不同温度场模拟热力耦合效应,分析了热力耦合效应对由三个单电池组成的燃料电池电堆中单电池层内及电池之间应力分布影响规律,为保证燃料电池电堆层内与层间应力分布均匀,提高电堆装配质量提供了理论指导。     

小功率PEM燃料电池系统及应用进展

介绍了小功率质子交换膜燃料电池系统主要组成部分的特点、现状和功能;分析了小功率质子交换膜燃料电池系统与同类大功率电池的不同特点以及需解决的几个关键问题;介绍了发达国家(如美国、日本、德国)小功率质子交换膜燃料电池系统的应用情况。     

质子交换膜燃料电池电堆操作条件的评估

描述质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的测试方法,用于评估电堆操作条件设定的合理性.测试方法包含活化、极化曲线测试、操作条件的敏感性测试(氢气/空气流量、氢气/空气相对湿度、电堆温度和反应气体压力等)和稳定性测试等.用该测试方法对一套30 kW大功率电堆进行有效性验证,得出电堆温度60℃、空气计量比2.5等参数是比较合适的操作条件.     

常压空气质子交换膜燃料电池

常压空气质子交换膜燃料电池,采用阴极与阳极均为平行沟槽流场的石墨双极板。MEA采用DuPond公司制造的Nafion112质子交换膜、碳纸采用SGL碳纸,碳载铂为自制催化剂。电池堆的工作条件为室温,氢气压力为0.01～0.02MPa,以空气为氧化剂。电池堆输出功率为200W,峰值功率400W。     

氢空PEMFC发动机的几个须关注的问题

针对一个2.5kW氢空质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆,研究了不同负载下电堆侧面的温度分布、不同温度下电堆极化曲线、以及不同电流时单电池电压的变化。实验表明,PEMFC发动机设计中以下几个问题应该予以关注(1)电堆温度分布具有明显非均匀性,中心温度一般比边缘高,减小温度不均匀性对于充分发挥电堆性能具有重要意义;(2)低温下电堆性能比高温低很多,并且低温大电流时电堆难以稳定,这增加了发动机低温启动难度;(3)单电池一致性的提高,可以提高电堆性能,减小辅助系统功率和体积。     

高功率薄型金属双极板PEM燃料电池堆研究

对高功率车用薄型金属双极板PEM燃料电池堆模块进行测试研究.电池堆模块可在空气压力110～300 kPa条件下工作,表现出良好的高、低压兼容特性.当空气压力300 kPa,电池堆温度70℃,工作电流350 A时,电池堆输出功率可达27.2 kW,其质量和体积比功率分别为777 W/kg和1 015 W/L.单电池电压方差求和计算结果显示,在工作电流50～120A的窗口区间内,单池电压具有相对最好的均匀一致性.在320A(约为1 A/cm2)放电电流下,使用纯氢/氧气的电池堆输出功率比使用氢/空气高出约10%.空气相对湿度影响测试结果,电池堆较低功率下,空气的相对湿度80%～100%为佳;而当高功率下,空气相对湿度80%为佳.另外,对4单体薄型金属双极板燃料电池短堆进行耐久性测试,累计超过2 900 h,平均单池电压衰减率约为10 mV/1000 h.     

密封层厚度对国产材料燃料电池性能影响

以国产材料膜电极燃料电池单电池为研究对象,改变质子交换膜燃料电池密封层的厚度,比较三个单电池的极化曲线和内阻变化.进一步对碳纸表面纤维结构扫描结果进行分析,得出一个合理的密封层厚度,为组装大面积的国产材料膜电极燃料电池电堆打下了基础.     

微型氢空质子交换膜燃料电池系统

现代通讯、电子设备的飞速发展对电源提出了更高比能量的要求,现有的电池技术尚无法满足这样的要求。质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有比锂离子蓄电池更高的比能量,配以适当的制氢或者储氢装置,氢空PEMFC将会是有希望的未来便携式电源。组装了一个外观尺寸为6cm(L)×5cm(W)×6cm(H)的微型PEMFC电堆,包含单电池9片,采用微型风扇提供空气和散热。经过DC-DC变换,电堆输出5V电压,在常温、常压、不加湿、尾气封闭的工况下,电池净输出功率可达到6W,电池系统效率接近30%(以高热值计算)。配以微型合金储氢罐(外观尺寸f3cm×10cm),电池系统可以用4.3W的功率稳定输出约1h。该系统经过数百小时稳定性实验,电堆电压能够保持相对稳定。     

我国燃料电池发展概况

燃料电池研究与开发的原因主要在于其质量轻、体积小、能量转换效率高等。本文综述了我国燃料电池的发展概况。依燃料电池所用电解质的类型,分别讨论了碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池在我国的研究、开发与进展状况,并与国外燃料电池近年来的研究水平作了简单的比较。     

60 kW燃料电池发动机集成及20次工况循环实验

介绍了大连化物所研制的一台用于城市客车的60kW燃料电池发动机。该发动机采用变压操作、功率自适应控制模式;具有较高的过载能力,最大输出功率为80kW。为了考察发动机的稳定性,根据燃料电池发动机测试规范进行了20次工况循环台架试验。通过在给定几个输出功率下的电压值比较可见,该发动机性能输出稳定,在额定输出功率下,电压标准偏差为2.17V。     

燃料电池的原理、技术状态与展望

论述了燃料电池的工作原理、综述了各种类型燃料电池的发展状态；介绍了中国科学院大连化学物理研究所自70年代以来进行燃料电池研究的概况，着重介绍了该所质子交换膜燃料电池的关键材料与部件制备技术，电池组技术、电池组性能与电池系统的应用情况，回顾了燃料电池的发展历程，指出燃料电池技术发展与其它学科的关系，提出了产业化的发展方向。     

各种燃料电池产业化概况

综述了各种燃料电池的可能应用领域;分析了目前燃料电池在商品化过程中存在的主要问题;认为,直接甲酸燃料电池(DFAFC)相对于其它系列的燃料电池在技术和成本方面具有更多的优势,小功率的DFAFC可能最先实现商品化;我国应优先支持DFAFC的开发,以加速它的商品化进程。     

氢能离我们还有多远--我国燃料电池现状、差距及对策

叙述了我国质子交换膜燃料电池(PEMFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)的研究与开发现状,特别指出在性能指标、稳定性、燃料电池系统水平和燃料电池示范深度和广度等方面我国燃料电池和国外的差距。认为根据我国的具体情况,燃料电池公共汽车和大客车将会比燃料电池轿车先得到商业化应用,因此,应加大对其投资力度。提出发展我国燃料电池的对策,建议:(1)根据国情确定研制FC的方向,我国继续以PEMFC和SOFC为重点研究开发对象,其中以PEMFC为重点,中、低温SOFC也要抓紧;(2)加强应用技术基础研究,争取在燃料电池方面有原始创新;(3)加速燃料电池实用化示范工作;(4)走引进、开发并举的道路。     

微型燃料电池的研究与发展

分析了为什么研究和发展微型燃料电池;对微型燃料电池在一些知名研究所、大学和公司的最新研究动态进行了详细介绍,重点讨论了微型燃料电池的结构设计、加工过程以及它们的应用;最后提出了微型燃料电池进入商业化须要重点解决的技术问题及其发展趋势。     

燃料电池汽车(FCEV)的现状及开发动向

环保和节能问题已成为全球关注的焦点。作为污染环境和消耗能源大的汽车行业，也顺庆世界发展的潮流对高效率，低污染型“绿色汽车”开始了大规模的研究开发，燃料电池汽车（FCEV）已成为世界各大汽车公司研究开发未来汽车的重点，并逐渐接近实用化。然而，FCEV还存在如燃料电池性能及价格等课题。本文就FCEV的现状，存在的问题及开发动向进行总体论述.     

多孔硅在微型燃料电池中的应用研究进展

多孔硅作为一种具有特殊功能的结构材料,在燃料电池特别是微型燃料电池中,可用作扩散层、质子交换层和重整器等构件。介绍了应用于微型燃料电池的多孔硅的结构特点及其制备方法,综述了多孔硅在微型燃料电池领域中的应用研究进展。     

中国氢能发展战略思考

提出了氢能发展战略的观点 ,指出了燃料电池在氢能发展中的重要作用 ,并提出了技术发展、项目示范、环境、安全以及国际合作等方面的初步建议。在指出氢能发展中技术因素的同时 ,重点强调了氢能发展中非技术因素的作用 ,引起政府有关部门、产业界以及研究机构对于这一问题的重视 ,以达到更有效地推动我国氢能事业发展的目的     

AFC电催化剂的研究进展

碱性燃料电池(AFC)具有启动温度低、性能可靠、可用非贵金属作催化剂等优点。综述了国内外AFC电催化剂的研究进展。为达到商业化,必须在非贵金属催化剂的稳定性和电极性能方面取得突破;对于贵金属催化剂,应大力开发与贵金属复合的多元催化剂,提高贵金属利用率,降低贵金属负载量。