直接甲醇燃料电池阳极非贵金属催化剂的研究进展

直接甲醇燃料电池相对质子交换膜燃料电池具有工作温度低、安全性高等诸多优点,近年来成为研究的热点。但因其阳极催化剂材料成本较高且抗CO毒化能力弱等劣势阻碍了直接甲醇燃料电池的大规模工业应用。因此发展代替贵金属Pt的阳极催化剂材料十分重要。本论文旨在介绍直接甲醇燃料电池的阳极非贵金属催化剂的研究进展,并且讨论他们的结构特点、性能以及存在的挑战。     

薄型流场对燃料电池性能影响的交流阻抗谱法研究

利用交流阻抗测试法对采用薄型流场板的氢气/空气质子交换膜燃料电池单电池进行了表征。实验结果表明,阴极侧流场深度的减小对燃料电池性能的影响几乎可以忽略,而阳极侧流场深度对燃料电池性能的影响则相对较大。对具备不同形式与深度的阳极流场的单电池进行交流阻抗测试和分析,并辅以极化曲线测试,发现阳极侧流场深度从1.0mm的单路蛇形流场降低至0.4mm后,燃料电池在大电流密度下的性能受到影响;当电流密度大于1200mA/cm2时,电池的浓差极化进一步加剧,导致电池的最大输出功率略有下降。尽管如此,由于极板总体厚度的减小,电池的体积比功率密度仍得到很大程度的提高。     

质子交换膜燃料电池的一维气体扩散模型研究

目前对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的系统性能进行分析时,多采用集总参数模型。它无法体现电池内部结构对系统性能的影响。本文建立了PEMFC沿膜厚方向的一维结构模型,通过分析在电池阴、阳极的气体扩散规律,研究气源压力、温度对电池输出电压的影响。通过与不同条件下的实验结果以及集总参数模型进行比较,本文的仿真结果更加符合实验结果,适用范围更广,可为车用燃料电池的优化和控制提供可靠依据。     

流场尺寸对PEMFC性能影响

基于COMSOL Multiphysics仿真软件对质子交换膜燃料电池的阴极流场进行了仿真研究,通过对压力、速度、氧气浓度与电流密度等参数的研究来比较多通道蛇形流场的尺寸对质子交换膜燃料电池的性能影响。指导质子交换膜燃料电池流场设计。     

质子交换膜燃料电池的三维流场技术研究进展

流场板是质子交换膜燃料电池的核心组件之一,其流场结构直接影响着反应气体的传输分配以及燃料电池的排水与散热性能.常规流场往往存在水分布不均和局部热点的现象,容易导致燃料电池输出性能退化,甚至造成系统崩溃.三维流场具有优异的传质传热特性,能有效提高质子交换膜燃料电池性能,已成为当前研究热点.根据流场结构形式的不同,三维流场...     

质子交换膜燃料电池-四温位吸收式制冷机混合系统性能分析

建立质子交换膜燃料电池-四温位吸收式制冷机混合系统模型,该模型考虑包括燃料电池热力学和电化学不可逆性、吸收式制冷循环不可逆性在内的主要损失,导出系统总的输出功率和效率表达式,以及吸收式制冷循环的制冷量及制冷系数关系式。通过数值计算探讨混合电池系统的整体性能,分析不同运行工况参数对混合系统性能的影响规律,得出电流密度、输出功率、效率等重要参数的优化工作区间。系统对质子膜燃料电池的余热进行合理利用,使质子膜燃料电池混合系统总的输出功率以及效率都有了较大的提高。     

微型直接甲醇燃料电池阴极集流板多孔结构设计

针对自呼吸微型直接甲醇燃料电池阴极氧气传质效率低和性能差等问题,对微型直接甲醇燃料电池阴极集流板多孔结构进行了设计和实验研究.通过建立甲醇燃料电池阴极模型,分析了集流板开孔形状和开孔率的变化对电池性能的影响,指出开孔形状对阴极电流几乎没有影响,开孔率在一定范围内变化时阴极电流变化较小.然后对得出的结果进行了实验验证.提...     

质子交换膜燃料电池电化学阻抗谱敏感性研究

电化学阻抗谱能被用来表征燃料电池内部状态和电化学行为信息,通过构建合适的等效电路模型拟合电化学阻抗谱,可辨识和量化燃料电池内部不同的极化过程及状态.针对质子交换膜燃料电池,系统研究电流密度、工作温度、压力、阴/阳极进气过量系数和阴/阳极进气湿度7种外部工作条件对燃料电池电化学阻抗谱的影响.基于等效电路法,对阻抗谱各频段阻抗的变化及其对工作条件的敏感性进行分析和讨论.研究表明,燃料电池损耗在低、中、高电流密度下分别由活化损耗、欧姆损耗和传质损耗主导;在固定电流密度下,电池温度、压力、阴极进气过量系数和阴极进气湿度对阻抗谱影响较大;欧姆阻抗是对阴阳极进气湿度变化最敏感;阳极活化阻抗仅对阳极进气过量系数和阳极进气湿度较为敏感;阴极活化阻抗是对阴极过量系数最敏感,其次是温度和压力;传质阻抗对阴极过量系数敏感程度最大,压力和温度次之;为燃料电池工作条件优化和内部状态的监测与诊断研究提供指导.     

MEMS方法制造小型PEM燃料电池电极

小型PEM燃料电池电极有着比较复杂的细微结构,电极担负了收集电荷,传输燃料,催化剂载体和构架支撑的功能.介绍了一种新的带有燃料传输孔的硅片电极制造方法,并且在它的表面上生长了一层多孔硅薄膜,以利于燃料传输,扩散和渗透.多孔硅孔径分布和深度范围从百纳米到几十纳米.当催化剂Pt溅射到它表面时,受多孔硅形状的限制,Pt就形成了不连续微小颗粒,对乙醇有比较强的催化作用.用此电极组装的电池,使用乙醇或甲醇燃料时分别有0.55V和0.6V的输出电压.     

集成在微型直接甲醇燃料电池中加热器的设计

根据各种传热机理建立了微型直接甲醇燃料电池的热传导模型,借助有限元分析工具,设计模拟了集成在微型直接甲醇燃料电池中3种不同结构的加热器。仿真结果表明,不同的加热器结构在极板表面将引起不同的温度分布,这将对燃料电池产生不同的加热效果,从而对电池的性能造成影响。其中一种比较理想的加热结构仅引起1.4 ℃的温度偏差,显示了良好的温度均匀性,故在实验中被用来控制工作温度。而另外两种加热结构引起的温度偏差分别是2.1 ℃和3.0 ℃。实验结果表明,当电流53.9 mA时,微型直接甲醇燃料电池工作温度为58.2 ℃,产生的最大功率密度为5.55 mW/cm²。集成后的微型加热器可以通过调整微型直接甲醇燃料电池的工作温度提高其性能,并能在极端环境下工作。