PEM燃料电池零下低温启动研究现状

目前质子交换膜燃料电池的零下低温启动问题仍是制约其大范围推广的一个重要原因.本文主要阐述了质子交换膜燃料电池的低温启动过程水热机理,分析了当前低温启动工况水热性能研究的主要方向:电池结构设计、冷启动操作参数和冷启动策略,对质子交换膜燃料电池的低温行为特性及低温损伤研究现状进行概述总结,并对未来低温启动的研究方向提出建议.     

燃料电池发动机低温冷启动热平衡建模与实验研究

质子交换膜燃料电池发动机低温冷启动性能是制约燃料电池发动机广泛应用的关键指标之一,燃料电池发动机系统的电池堆、BOP部件以及控制策略的不同会影响发动机的低温启动特性.本文设计了燃料电池发动机热管理系统,制定了控制策略,在此基础上建立了燃料电池发动机低温冷启动过程的热平衡模型,对发动机低温冷启动所需热量进行预测分析,并将模型计算热量与低温测试实际热量值进行了对比,验证了计算模型的准确性,为低温启动过程的精确控制提供预测依据.     

基于三维非稳态PEMFC模型的冷启动仿真

建立了一种PEMFC三维非稳态单相数学模型.针对PEMFC阴极通入热空气这一辅助冷启动过程进行仿真研究,研究了通入电池阴极热空气温度和流量的变化对电池辅助冷启动过程的影响,为优化PEMFC阴极通入热空气的辅助启动策略提供理论依据.     

燃料电池低温储存、启动热平衡建模与分析

质子交换膜燃料电池发动机低温冷启动性能是制约燃料电池发动机广泛应用的重要指标,合理的停机保温设计和启动策略能极大提高低温冷启动成功率、加快启动速度、减小膜电极损伤、延长燃料电池使用寿命。采用传热学原理,结合燃料电池物性参数,建立了燃料电池系统启停过程动态热平衡计算模型,并基于该模型对燃料电池在不同降温速度、不同低温储存温度和不同保温设计下的启动能耗等进行计算和对比分析研究。研究计算表明,所归纳的模型、计算方法和结果,可为工程应用提供降温时间、降温速度、保温所需厚度的数据参考,并指导选择燃料电池的低温储存环境,计算并使用合适的保温材料厚度,降低低温环境对燃料电池伤害、保障低温顺利启动、减小低温储存和启动能耗。     

PEMFC 0℃以下保存与启动研究进展

针对在低于0℃的环境中,质子交换膜燃料电池中的结冰问题,提出了燃料电池0℃以下保存和启动的技术难题。简述了0℃以下质子交换膜燃料电池中水结冰对质子交换膜、催化层、扩散层等电池材料与部件的影响,并对国内外燃料电池0℃以下保存和启动策略研究进展作了简单介绍,概述了保持电池内部温度大于0℃、有辅助装置的0℃以下保存和启动以及无辅助装置的0℃以下完全自启动三种解决办法,提出了在材料研究的基础上展开电堆启动策略的研究,实现电堆0℃以下自启动。     

燃料电池冰点以下低温特性研究现状

在冰点温度以下的启动问题是制约质子交换膜燃料电池产业化的技术瓶颈之一.从冷启动行为与性能衰减和恢复、低温下膜中水形态、催化层电化学性能损失、扩散层、微孔层、电极孔结构破坏等方面评述了低温操作和冷启动对燃料电池电极材料、膜电极组件和电池组性能的负面影响,并对燃料电池的冷启动解决方案和防冻措施进行了分析与评价.     

低温锂离子启动电池用电解液及电极材料综述

汽车普遍存在寒冷条件下启动困难的问题,亟需开发出性能优异的新型低温锂离子启动电池。电解液和正负极材料对锂离子电池低温性能的影响最为显著。对从电解液、正极材料和负极材料等方面改善锂离子电池低温性能的研究进展进行了综述,并对电解液和电极材料在低温锂离子启动电池中的应用进行了展望。     

相变材料辅助的燃料电池客车冷启动特性研究

随着燃料电池在客车上的应用不断深入，其低温环境下冷启动问题逐渐凸显。为了提高燃料电池客车的启动速度，使电池更快地工作在合理的温度范围内同时降低冷启动过程的能耗，将相变材料（PCM）引入电堆冷启动系统，利用PCM可吸收电堆工作废热的特性，在冷启动时将废热放出加热电堆。基于仿真平台搭建电堆冷启动系统模型，对比分析了正温度系数热敏电阻（PTC）独立加热、PCM独立加热和PCM-PTC联合加热的温升变化和能耗特性。3种加热方式均使80 kW电堆从–20 ℃升高到10 ℃，PTC的功率为12 kW，PCM采用石蜡/膨胀石墨复合相变材料（CPCM）。在联合加热方式下，分析了PCM质量对冷启动时间、节能率和潜热利用率的影响。结果表明:PCM-PTC联合加热方式较PTC独立加热节省约33.46%能耗，启动时间缩短了37.40%，较PCM独立加热启动时间缩短了61.00%；随着PCM质量的增加，冷启动时间缩短，系统节能率增加，但是PCM的潜热利用率却在下降。PCM辅助的冷启动系统为燃料电池发动机在低温环境下快速启动和节能提供了思路。     

高原地区高寒地带提高张牵设备启动性能的措施

针对高原地区高寒地带地势高、气压低、温度变化大以及缺氧等特殊环境特点,介绍了对张牵设备启动性能的不利影响,如配件耗损量大,冷却效果变差,影响液压系统性能等,详细分析了高原地区高寒地带张牵设备启动困难的原因并提出了7条具体措施,如采用乙醚冷启动,采用低温性能好的蓄电池以及润滑机油,加装高原功率恢复型增压器、采用高原功率恢...     

PEMFC电堆内部水结冰、融化及冷启动过程的研究

为了研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆在冰点(273 K)下快速、低损坏的冷启动,建立了一个包含40片单池的二维动态堆模型,用于估计电池堆内每片单池内水的结冰/融化时间,并利用获取的液相/固相分界线分析各单池的差异性。在环境温度为260 K时,仿真模拟了电堆的结冰/融化过程并得到以下结论:(1)关机后,电堆外层单池先结冰且每片单池结冰耗时相等,但外层单池开始结冰的时间间隔较内层单池间的开始结冰时间间隔长,最里层几片单池几乎同时结冰;(2)开机前,加载热源加热质子交换膜,若内部残留水结冰则电堆的升温时间比没有残留水的升温时间要长,残留水影响电堆的冷启动过程。     

质子交换膜燃料电池冷启动机理及冷启动策略

本文在文献的基础上阐述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的冷启动机理,并分析了PEMFC典型的冷启动过程.在此基础上,讨论和归纳了PEMFC的冷启动影响因素,归纳出了影响PEMFC冷启动过程的关键因素,并将现有的PEMFC冷启动策略按照自启动和辅助启动两大类别分别论述了各种冷启动策略的原理,对其优缺点加以评述.     

PEMFC在0 ℃以下环境启动的研究

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)0 ℃以下环境启动进行了研究.考察了-10 ℃保存对电池性能的影响.通过极化曲线、电化学阻抗(EIS)、循环伏安(CV)和渗氢电流等方法,考察了电池在-5 ℃经过7次启动后的性能变化,并通过对不同启动温度的孔结构测量,考察了膜电极(MEA)的微观变化.最后得出结论:-5 ℃启动对PEMFC结构及性能影响很小,但-10 ℃自启动对PEMFC有着很大程度的损坏.     

催化反应方法辅助PEMFC低温启动的研究

利用催化反应对质子交换膜燃料电池(PEMFC)冰点下环境启动进行了探究。对复合板短堆的低温启动过程进行热平衡计算,在不同温度下对复合板短堆进行低温启动实验,成功实现了-36℃低温启动;比较了不同材质双极板电池的启动情况。通过分析30次启动前后的极化曲线变化,得出结论:催化反应产生的热量可以使电池实现低温启动,且对电池性能没有影响;增加混合气气体流量能够实现更低环境温度的启动,且各节温度分布均匀;传热快的金属板电池比复合板电池可以更快地启动。     

车载铅酸电池的五段式充电修复方法

在分析车载铅酸电池硫酸盐化机制的基础上,提出五段式充电修复方法。该方法将充电过程分为脉冲、恒流、恒压、活化和浮充等5个阶段,介绍充电脉冲宽度、时间间隔、放电时间、充电电流、恒压和活化充电电压等参数。搭建实验验证平台,对不同型号和使用年限的车载铅酸电池进行充电修复实验,测量充电修复前后的内阻、冷启动电流和使用寿命。该方法可将车载铅酸电池的内阻减小2%~33%,最大冷启动电流提高7~72 A,输出电压提高约0.8 V,使用寿命延长6~12个月。     

PEMFC氢泵方法低温启动

利用氢泵方法对质子交换膜燃料电池(PEMFC)在0℃以下进行低温启动实验,实现燃料电池短堆在-30℃低温启动。通过获得的极化曲线或时间温度曲线分析环境温度对于氢泵启动的影响和氢泵强度对于电池启动速度的影响,比较电池在20次启动前后性能的变化。数据表明:不同启动电流密度与低温启动的速度成正比;适宜空气量计量比利于快速启动;氢泵方法低温启动后电池的性能有所提升。     

火力发电厂机组无辅汽冷启动技术探讨

本文对火力发电厂机组无辅助汽冷启动技术进行了探讨。阐述了机组的冷态启动方式,分析了冷态启动过程中热应力,提出了无辅助汽源冷态启动过程中的操作控制方式。     

基于电流断路法的空冷型燃料电池阻抗谱实验分析

空冷型质子交换燃料电池具有冷启动速度快、效率高的优点,因此被广泛应用于中小功率燃料电池的设计中。空冷型质子交换膜燃料电池结构简单,其附属风扇既负责供氧又负责散热,因此风扇风速对燃料电池性能有较大影响。利用简化的Randles等效电路模型和电流断路法测出了不同风速下燃料电池的阻抗谱,并对实验结果进行了分析和讨论。该方法对比传统方法时效性更好,可以测量瞬时阻抗谱,测量所需时间短,并且不需要昂贵的设备。最终的实验结果表明,风速过高会导致交换膜水淹,另一方面风速过低会导致供氧不足,因此合适的风速使燃料电池性能更好。     

矩形与双筒型微生物燃料电池产电特性比较

比较了矩形和双筒型微生物燃料电池(MFC)在电池启动、电池阻抗、阳极上附着的生物量、阳极生物膜的电化学活性、电池性能等方面的差异。双筒型MFC阳离子交换膜面积较大且电极间距较小,因此具有启动快、电池阻抗低、阳极上附着的生物量多、阳极生物膜的电化学活性高等优点,也导致了其比功率较高为(52.54±0.02)W/m3,是矩形MFC的1.33倍。     

超高倍率镉镍蓄电池启动放电性能一致性研究

通过实验阐述了容量、充电态内阻对电池大电流启动放电性能的影响,特别强调超高倍率镉镍蓄电池的放电电压不仅与电池容量有关,更与电池充电态内阻有关。针对生产中单体电池容量和内阻的离散性大的问题进行了分析研究,依据电池性能一致性的规律在生产中控制极板厚度误差在±0.02mm内,极组质量误差不超过0.04g,隔膜厚度误差在±0.003mm内,面电阻误差在±0.01Ω·cm2范围内,规定极耳与极柱间紧固力矩值。从根本上保证单体电池大电流启动放电性能一致,使电池组具有稳定的性能。     

AGM隔板性能对密封铅酸蓄电池性能的影响

介绍了超细玻璃纤维 (AGM )隔板性能对密封铅酸电池性能的影响 ,包括基重和厚度的均匀性、回弹性和压缩率、孔率和吸酸量、孔径、电阻、杂质等。表明了以下几点 :(1 )隔板的基重和厚度均匀性是影响电池容量均匀性的主要原因 ;(2 )隔板的回弹性和压缩率是电池实现紧装配的保证 ,也是电池内隔板与极板有较好紧贴效果的保证 ;(3 )隔板的孔率和吸酸量是电池容量、使用寿命和大电流放电性能的保证 ;(4 )隔板的孔径大小反映了隔板能否防止铅枝晶穿透的能力 ;(5 )隔板的电阻直接影响电池的低温启动性能和大电流放电性能 ;(6)隔板的杂质是造成电池自放电的直接原因。