5 kW氢—空质子交换膜燃料电池系统设计研究

介绍了5 kW氢-空质子交换膜燃料电池系统的基本组成原理,对该系统重要组成部分(包括反应气供给系统、水/热管理系统、控制及安全系统)进行了功能分析和系统设计.所设计的系统中,反应气供给系统由燃料(氢气)供给子系统及氧化剂(空气)供给子系统组成,水/热管理系统由加湿子系统及冷却子系统组成,并给出空气量、氢气量及加湿量的详细计算方法,为5 kW氢-空质子交换膜燃料电池系统设计提出适应性解决方案.     

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。     

氢空质子交换膜燃料电池阴极沿流道模型

为了优化设计氢空质子交换膜燃料电池阴极的气体流道,建立了沿流道数学模型。模型研究了空气在流道中的动量传递、空气中各组分的质量传递和电极反应。将二维问题经积分均化后转化为较简单的一维问题,于是偏微分方程组转变为常微分方程组,使计算过程得以简化。以50cm长的流道为例,计算了沿流道方向的浓度、流速以及电流密度的分布。还利用此模型考察了各操作与设计参数对浓度、流速和电流密度分布的影响。     

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。     

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。     

质子交换膜燃料电池系统开发及应用进展

本文简要叙述了质子交换膜燃料电池发电机理,列举了系统开发工作中所面临的富氢燃料转换,氢气安全贮存与稳定供给等若干课题。文章重点介绍了目前国外质子交换膜燃料电池系统开发及应用进展情况。     

燃料电池质子交换膜研究现状与展望

质子交换膜燃料电池是目前研究的热点之一,研究方向包括提高燃料电池效率、减少成本、提高耐久性等。作为质子交换膜燃料电池的核心部件,质子交换膜性能的好坏直接影响燃料电池的性能与寿命。文中首先概述了燃料电池质子交换膜的工作原理。随后,总结了燃料电池质子交换膜的分类,主要分为全氟磺酸质子交换膜、部分氟化聚合物质子交换膜、复合质子交换膜以及非氟化聚合物质子交换膜四大类,同时还简述了质子交换膜的制备工艺。最后,介绍了燃料电池质子交换膜的优化方案,主要包括有机/无机纳米复合质子交换膜、改进质子交换膜的骨架材料、调整质子交换膜的内部结构、机械增强型质子交换膜以及自增湿型质子交换膜。     

质子交换膜燃料电池的开发和应用

简述了质子交换膜燃料电池的发展历史、工作原理、商业应用进展和与其它燃料电池性能的对比。质子交换膜燃料电池是最具商业前景的电动车电源,目前急需解决成本高和车载燃料和贮氢等技术问题。近10年内,该电池有望取得实质性进展。     

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控制策略综述

本文简单介绍了质子交换燃料电池的工作原理,分析了影响其工作性能的重要因素,对目前质子交换膜燃料电池控制方法的国内外研究现状进行综述,并结合当前研究现状,对质子交换膜燃料电池系统控制今后的发展方向进行了展望。     

贮氢合金在PEMFC发电系统中的应用

通过金属氢化物贮氢合金的充、放氢特性试验,以及贮氢器与质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的匹配等试验,获得金属氢化物贮氢合金与PEMFC相匹配的技术特性。发现温度、充/放氢压力以及PEMFC负载等因素影响贮氢器的放氢性能。高的充氢压力有利于提高贮氢合金的储氢量,高的温度和压力能够改善贮氢合金的放氢性能,放氢速率随负载的变化而变化,其变化趋势相同。综合考虑贮氢合金性能的影响因素以及PEMFC发电系统的热特性,最后提出了贮氢合金作为PEMFC发电系统储氢单元的技术方案。     

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。     

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.     

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空气膜增湿系统的性能

建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)和膜增湿器一维性能分析模型,模拟了空气流量、压力和温度等条件对PEM FC及膜增湿器性能的影响,模拟结果与实验数据吻合良好.根据模型对PEMFC膜增湿系统的非稳态性能进行了预测.空气进气温度的动态响应特性对膜内水含量梯度的影响显著,对膜内水的扩散系数几乎无影响.     

10 kW PEMFC动态系统建模与控制

以质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态系统为研究对象。首先将质子交换膜燃料电池划分为氢气动态模型、空气动态模型、电化学电压模型和温度动态模型四部分建模;其次根据系统运行要求设计控制策略:氧气化学计量比前馈控制,阴极和阳极压力差PID控制和温度滑模控制;最后应用所建立的模型和控制策略对10 kW质子交换膜燃料电池进行仿真运行分析,结果证明所设计的系统能模拟PEMFC动态系统运行。     

便携式PEMFC移动电源系统的设计与研究

针对便携式通信电源的实际需要,结合小型燃料电池发电系统的技术发展,提出了小型化、轻便化、模块化的质子交换膜燃料电池(PEMFC)移动电源系统的总体设计方案。设计中,采用常压空气作为氧化剂,采用固态可逆金属储氢器来存储、供应氢气,限定氢气的流速与压力稳定在最佳工况值;利用散热风扇、外加散热片和小型增湿器来调节电池堆内部的温、湿度;采用大电容续流、直流斩波加脉宽调制的方式来实现稳压输出;采用以单片机为核心的控制单元来实现系统各单元的协调控制。最后研制了实验型样机,通过对其单项性能和实际负载能力的测试,发现其供电平稳,可靠性较高,达到了预期的设计目标。     

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。     

便携式质子交换膜燃料电池系统集成研究

设计、开发并研制出了小型便携式质子交换膜燃料电池(PEMFC)电源系统,该系统采用常压空气为氧化剂,可逆金属氢化物储氢器来存储、供应氢气,并采用单片机作为核心控制单元的高效、可靠的电池管理系统来实现各子单元的协调控制。对研制出的200W便携式质子交换膜燃料电池系统演示样机进行了一系列性能测试,包括氢气压力、尾气排放、风扇高度、氢气增湿以及系统热管理对便携式PEMFC系统性能的影响,发现了影响便携式PEMFC系统性能的关键问题,并提出了解决方案。