5kW氢空PEMFC的性能

构建了5kW氢空质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统,电堆工作温度范围为室温到80℃,工作压力为200kPa;研究了5 kW PEMFC的性能特点.结果表明:PEMFC性能随着气体压力和电堆温度的升高而提高.当氢气流量为46 L/min、空气流量为120 L/min时,电池性能最好.     

单体PEMFC电压分布与风扇流速功耗平衡分析

基于自制的质子交换膜燃料电池(PEMFC)及相关设备,进行了空载和负载条件下的单体电池电压分布和不同风扇系统的流速与风扇系统功耗平衡分析.单体电池电压分布实验可检验电堆是否符合设计要求,定位性能欠佳的单体电池并进行改进和提高.流过燃料电池阴极的空气流速和风扇系统功耗存在着一个平衡,更高的流速可改善热交换的程度,但要增加风扇系统的功耗.     

PEMFC阴极排水的研究

采用可视化方法研究了直条单流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极排水过程。通过分析流道首次液态排水时间和平均液态排水间隔时间的变化,研究了电流密度、增湿温度和气体流速等对阴极排水过程的影响。阴极气体非饱和增湿时,生成水以水蒸气和液态水两种方式排出,水蒸气排水为连续过程,液态排水为间歇过程。随着电流密度和相对湿度的提高,液态水的积累速度增加;随着气体流速的增大,生成的水以水蒸气方式排出的比例增大。     

PEMFC系统故障诊断的研究现状

综述近年来质子交换膜燃料电池(PEMFC)故障诊断的研究现状,着重分析电极水淹及膜干故障、空气(氧气)供给系统故障和水热管理系统故障的诊断方法和原理。指出PEMFC系统故障诊断技术方法使用、模型建立和范围研究的不足。     

阳极掺杂纳米二氧化硅对PEMFC性能的影响研究

研究了质子交换膜燃料电池阳极侧加入保水剂后(纳米二氧化硅)对其性能的影响。分别考察了纳米二氧化硅以及经过磺化处理的纳米二氧化硅两种类型的保水剂,加入后对燃料电池性能以及材料憎疏水性能的影响。通过对相应材料进行电化学交流阻抗谱图以及接触角的测试,从理论上对实验结果进行了分析。结果表明经过磺化处理的纳米二氧化硅材料加入到燃料电池阳极侧后的电池性能要优于未经处理的纳米二氧化硅材料。还进一步考察了4种不同含量的纳米磺化二氧化硅保水剂的加入对燃料电池性能的影响。结果表明,加入质量分数为2.5%～5%磺化纳米二氧化硅的燃料电池,有着最好的电池性能和最小的接触电阻。最后对加入保水剂的燃料电池在低湿度下的性能及稳定性情况进行了初步的考察。     

空冷型质子交换膜燃料电池实验研究

对实验室自制的空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)在不同工况时的稳定性、负载阶跃响应、单体电池电压分布以及表面温度分布开展了实验研究。实验结果表明:定期阳极排气可维持空冷型PEMFC长时间稳定运行;大负载条件下,单体电池电压分布均匀性降低,呈现两边高、中间低的现象;电池组温度分布与单体电池电压分布具有一致性。该工作对于空冷型PEMFC性能研究以及燃料电池系统效率提升具有一定的指导和参考价值。     

PEMFC膜电极材料退化的研究进展

对质子交换膜燃料电池膜电极材料的退化行为、降解机理和影响因素进行了综述,认为膜的退化主要原因是:高分子的分解导致膜的电导率下降和膜出现小孔对反应原料渗透.催化层的退化,是由C载体的腐蚀和Pt的电迁移所致.     

空冷PEMFC空气流向实验研究

空冷型质子交换膜燃料电池利用外部风扇来提供反应所需空气,并为电堆散热。由于电堆内部流道以及外部风扇罩的影响,空气的流向不同会对电堆内部空气在各单电池间的流动造成影响,从而影响电堆内的冷却和电化学反应效果。开展了空气的流向对电堆性能影响的实验研究,在环境温度、风扇转速等外界条件不变的情况下,测量了散热风扇"吸风"与"吹风"两种空气流动方式对电堆和各单电池输出特性的影响。结果表明,采用"吸风"方式供应空气(即正向流动)时,虽然电堆总体性能略低于"吹风"(即反向流动),但电堆均匀性和稳定性要更好,因此在空冷型质子交换膜燃料电池的使用过程中,采用空气正向流动方式更有利。     

大活性面积PEMFC的电流密度分布

利用安装在阳极端板上的35只子电池,测定了活性面积为400 cm2的单体质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作中的电流密度分布.实验结果显示,对大面积燃料电池而言,由于端板紧固过程中带来的应变,容易造成中心部分的电流密度偏低.分析了进一步研究需要考虑的因素,如极板的腐蚀、分割测试的等效性和分割引起的问题等.     

车用PEM燃料电池堆绝缘电阻的实验研究

电动汽车应用的燃料电池发动机,一般具有100～600V的直流电源电压。应当对其绝缘性能进行相应的试验研究及在线监测,确保符合电动汽车(EV)的电气安全要求。我们利用绝缘电阻在线监视仪在线测量燃料电池发动机中质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆的绝缘电阻,研究各种条件下(如:燃料电池电流输出、操作温度等)燃料电池绝缘电阻的变化规律,为提高和改善电动汽车用燃料电池的绝缘性能提供参考。     

频繁启停对质子交换膜燃料电池堆性能的影响

以活性面积为330 cm2的电堆为研究对象,考察质子交换膜燃料电池(PEMFC)经历频繁启停操作后的性能衰减。反应气体的分布不均匀,会造成单片电池电压在氮气吹扫过程中下降速率不一致,甚至出现某一片或者几片电池出现反极的现象;PEMFC电堆在经历频繁的启停循环后,性能下降,且高电流密度区的电压衰减更快;随着启停循环的增多,性能的下降会变慢。当电流为100 A时,经历500次启停循环后,前200次启停循环的平均电压衰减速率为后300次衰减速率的3倍,而电堆中单片电池的均一性并未明显恶化。     

小型自呼吸式PEMFC的研制

研制了一种小型六单体串联自呼吸式质子交换膜燃料电池(PEMFC),阳极采用串联供氢,阴极采用自呼吸式供空气.在300 mA、500 mA下长时间工作时,PEMFC的性能稳定,各单体电池的工作电压较均一.     

PEMFC金属双极板研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池的核心部件之一,占电池组大部分质量和成本,具有隔离并均匀分配反应气体、收集并导出电流、串联各单电池等功能.金属双极板具有导电导热性能好、资源丰富、强度高、阻气性好以及易加工等优点,被认为是质子交换膜燃料电池商品化的必然选择.综述了现阶段金属双极板的材料、制备方法和性能评价方法,指出了相关研究领域的发展方向.     

质子交换膜燃料电池新型抗CO阳极结构

质子交换膜燃料电池(PEMFC)广泛采用重整气为燃料,其存在的主要问题是重整气中含有一定浓度的CO(5×10-5～10-2),CO在Pt表面具有强烈的吸附作用,使电催化剂"中毒".通过对提高质子交换膜燃料电池抗CO问题进行研究,在阳极扩散层流场侧担载催化剂(Pt、PtRu)的方法对电极进行修饰,在注入较少量氧化剂(体积百分比为2%的空气)的条件下使电池抗CO性能显著增强,且可以避免电极局部温度过高及可能带来的安全性问题.     

反应气相对湿度对PEMFC性能的影响

反应气相对湿度影响电池内部水的输运和质子膜的质子传导率,合适的反应气湿度可改善电池性能.利用三维数值模型分析反应气相对湿度对直通流道和交叉流道质子交换膜燃料电池性能的影响.模拟结果表明,当阳极反应气相对湿度为100%时,低操作电压条件下,降低阴极反应气相对湿度有利于电池性能提高,然而在高操作电压条件下,电池性能随阴极相对湿度的增加而提高;当阴极反应气相对湿度为100%时,低操作电压条件下,降低阳极反应气相对湿度,电池性能提升,高操作电压条件下,电池性能不依赖于阳极反应气相对湿度.通过对电池内部局部传递特性的分析,从质子交换膜湿润性及阴极传质限制两方面分析探讨了反应气相对湿度对电池性能影响的原因.     

质子交换膜燃料电池膜电极铂担载量分析测定

膜电极组件(Membrane electrode assembly,MEA)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部分,其催化层的铂含量与电池的性能和成本密切相关.通过直接处理MEA的方法得到测试样品,然后用三种方法(石墨炉原子吸收光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱和极谱分析法)分别测定其铂含量.通过对比三种方法的测试结果和理论计算值,建立了一种准确、方便的膜电极处理和铂担载量测试方法来分析、评价PEMFC的关键材料--MEA.     

从专利角度分析质子交换膜燃料电池的动态特性

从专利角度分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态特性的研究进展,对国内外相关专利进行检索,分析全球范围的申请趋势、申请人分布、专利技术的类型分布及技术热点,为PEMFC动态特性的研究和中国申请人专利布局的实施提供参考。