阳极气体杂质对PEM燃料电池性能的影响

气体中的杂质对燃料电池的毒化影响是阻碍质子交换膜燃料电池（PEMFC）商业化的主要原因之一。综述了阳极气体杂质（Co、CO2、H2S、NH3和各种碳氢化合物）对电池性能的影响,并进行了比较。研究表明,杂质对电池的影响与杂质浓度、电池温度、电流密度、毒化时间以及气体压力等因素有关。     

基于装配力的燃料电池性能数值解析

建立三维、稳态、恒温8通道蛇形流道质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型,在研究装配力与扩散层(GDL)厚度、GDL孔隙率、GDL变形对流道的侵入量、GDL与双极板(BP)间的接触电阻的前提下,利用CFD软件分析不同装配力下PEMFC的传质、电化学性能.研究结果表明:装配力能够通过影响GDL厚度、GDL孔隙率、侵入量来影...     

氢气杂质CO对质子交换膜燃料电池性能影响建模

从CO对燃料电池性能影响的机理出发,分别对电池的电化学活化极化段、欧姆极化段、浓差极化段中CO的影响进行了探讨,并建立了CO对PEMFC的性能影响模型。提出电池在中等电流密度段电压迅速下降的原因是由于CO吸附在催化剂表面,影响了氢气氧化反应的速率,从而降低了电极的极限电流密度造成的。通过50cm2单电池的1×10-6CO影响结果对模型的输出结果进行验证,两者比较符合。     

磁流变阻尼器多物理场耦合仿真及动力性能分析

针对磁流变阻尼器设计过程中仅利用磁场来评估其性能好坏,易引起较大的设计误差,提出了一种磁流变阻尼器多物理场耦合仿真方法,分别建立了磁流变阻尼器力学、电磁场及流场的数学模型。考虑到磁流变阻尼器的性能受内部结构、电磁场与流场之间的相互耦合作用影响,采用COMSOL多物理场仿真软件对磁流变阻尼器进行了多物理场耦合建模仿真。分析了磁流变阻尼器内磁场的分布情况,得出了磁场作用下其内部磁流变液的流动状态及变化规律;同时对活塞头施加不同的正弦激励,分析了磁流变阻尼器在多物理场作用下的动力性能。研究结果为进一步分析磁流变阻尼器的动态特性提供了一种新方法。     

熔融碳酸盐燃料电池性能影响因素分析

提高熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)性能、延长其寿命是促进其商业化的关键。对MCFC主要性能影响因素 :工作压力、温度、反应气体的组成和利用率、杂质、电流密度和工作时间等进行了分析。结果表明 ,提高气体工作压力和温度可以提高电池性能 ,但为保证电池寿命 ,应限制在一定范围内 :反应气体组成的变化将影响MCFC电压 ;为获得电池整体最佳性能 ,利用率不应过高 ;燃料气体中的杂质必须加以清除 ;在所应用的电流密度范围内 ,电压损失主要是由欧姆过电位造成 ,为此应当减小欧姆阻抗     

气体绝缘开关柜多物理耦合场仿真及分析

气体绝缘开关柜(C-GIS)的导电回路封闭在充有绝缘气体的隔室内。由于隔室内部气体不能有效地与外界空气进行热交换,因此内部热量难于散出,特别是大电流的气体绝缘开关柜尤为突出。因此大电流气体绝缘开关柜的发热成为设备制造企业和用户共同关注的问题。文中采用多物理场耦合方法对充入干燥空气的气体绝缘开关柜进行了温度仿真,分析了内部温度分布特性,并将温升试验结果与仿真结果进行了对比,验证了该仿真方法的准确性,为气体绝缘开关柜散热优化设计提供了依据。     

渐变型流场对PEM燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池流场板结构对燃料电池性能有着重要的影响。在保证模型尺寸和结构尺寸的前提下,建立了5种不同渐变型单直流道质子交换膜燃料电池的三维模型,并用有限控制体法对模型进行了求解。结果表明,当流道宽度不变、进口高度相同的情况下,提高流道的渐变率,即减小流道出口的高度,可以提高电池的浓差扩散,故有利于提高电池的性能,但提高的幅度也越来越小。     

流道截面形状对PEM燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池内电化学反应生成的水和热量会对电池性能产生较大影响,而流道截面形状是影响电化学反应的因素之一.利用FLUENT软件计算了采用不同截面形状流道的质子交换膜燃料电池,获得电池电压-电流(U-(I))曲线,并分析中电流密度下不同流道电池内温度场的分布,研究了在中、高电流密度下梯形流道和圆形流道对电池内水含量分布的影响.结果表明,流道形状对电池性能影响一方面体现在流道与扩散层接触面积越大则电流密度越大,另一方面底部为弧形和侧壁倾斜的梯形流道可在一定程度上降低膜内中心部位水含量.     

交指型PEM燃料电池性能的实验研究

通过实验的方法研究了交指型质子交换膜(PEM)燃料电池运行中,电池温度、两极加湿温度、电池的工作压力及反应气体流量对电池性能的影响.根据实验结果绘制的电池极化曲线可以获得交指型流场的特性规律,电池两极的加湿温度决定了电池温度对性能提高或是降低的分界线.同时发现与常规蛇行流道不同,交指型流场燃料电池能够承受很高的两极加湿温度,这种能力在电池的阳极表现更为突出,得出操作压力对交指流场燃料电池性能的影响比常规蛇型流场影响程度要弱的结论.     

质子交换膜燃料电池系统低温起动仿真

当前燃料电池汽车受到越来越多的关注,而燃料电池汽车商业化还有很多问题亟需解决,其中燃料电池系统低温起动是一个重点难题。使用AMESim软件建立了一个燃料电池一维系统模型,针对影响燃料电池系统低温起动性能的各个因素进行了研究。仿真结果显示,较低的起动电压有利于低温起动过程,温度越低低温起动越困难,反应气体的温度对低温起动过程影响不大。     

封装力对PEM燃料电池气体扩散层孔隙率的影响

质子交换膜(PEM)燃料电池中气体扩散层(GDL)的孔隙率对整个燃料电池的性能有着重要影响,而封装力是影响燃料电池GDL孔隙率的关键因素之一。采用实验和有限元模拟相结合的方法研究封装力对气体扩散层孔隙率的影响。利用压汞仪测试气体扩散层的平均孔隙率,基于有限元方法建立质子交换膜燃料电池的双极板和气体扩散层的接触模型,研究质子交换膜燃料电池中不同的封装力下气体扩散层的孔隙率变化情况。结果表明:气体扩散层孔隙率的变化沿接触中心线左右对称,接触区域孔隙率分布较为均匀,随着封装力的增加,气体扩散层孔隙率逐渐降低;而未接触区域孔隙率变化不明显。气体扩散层孔隙率有限元模拟结果与实验测试结果相吻合。     

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.     

PEM燃料电池气体扩散亚层的研究进展

在催化层和扩散层之间加入的扩散亚层能够减小催化层的水饱和度,优化扩散层中的水和气传输.对扩散亚层中的水传输机理、研究现状进行了综述,在研究现状中主要对导电碳黑的载量、PTFE（polytetrafluoroethylene）的含量和孔结构进行了阐述,并提出了研究中存在的问题.同时对扩散亚层最佳物理参数的理论模拟进行了综述,提出了扩散亚层制作改进的方面.     

空气中NH_3杂质对PEM燃料电池性能的影响

研究空气中的NH_3杂质对常温(电池温度80℃左右)质子交换膜(PEM)燃料电池性能的影响。使用燃料电池测试系统测试了PEM燃料电池的极化特性和交流阻抗,采用等效电路法获得PEM燃料电池的等效电路元件,分析了空气中NH_3质量浓度、电池温度和NH_3通入时间对PEM燃料电池性能的影响。研究发现空气中NH_3对电池性能的影响与NH_3质量浓度和NH_3通入时间有关:浓度越低,影响越小;短时间内通入含NH_3的空气对电池的性能影响很小,但长时间通入对膜电极的损害较大;被NH_3毒化后PEM燃料电池再通入纯净空气后电池性能很难恢复。     

存水量对PEMFC零度以下储存性能衰减的影响

通过模拟电池停车后以不同贮水量在-10℃保存,经历8次冰冻-解冻循环后,考察了其对电池性能,电化学特性的影响。当电池贮水量较小时,电池的性能衰减不明显,随着贮水量的增大电池的性能损失随之增大;通过对冰冻循环过程中电化学阻抗谱的测定发现在8次循环中电池的欧姆电阻都没有明显改变,但体现电荷转移电阻和电池内扩散电阻的高频圆弧半径随循环次数明显增加;从循环伏安测试结果可以看出催化剂的电化学活性表面积没有明显减小,因此推断电池性能衰减主要来自于催化层扩散阻力增大。     

质子交换膜燃料电池催化剂的耐久性研究

燃料电池的耐久性问题是阻碍其商业化应用的一个重要原因阐述了近年来质子交换膜燃料电池催化剂耐久性的研究进展。研究表明,电池长时间运行后,催化剂碳载体会受到腐蚀,Pt颗粒会发生溶解、团聚、烧结。其主要影响因素被认为是:高电势、高温(50～90℃)、低pH(<2)及潮湿的运行环境等。还提出了增强催化剂耐久性的一些方法。     

基于AMESim的燃料电池系统低温起动仿真

当前燃料电池汽车受到越来越多的关注,而燃料电池汽车商业化前还有很多问题亟需解决,其中燃料电池系统低温起动便是一个重点难题。使用AMESim软件建立了一个燃料电池一维系统模型,针对燃料电池系统恒电压和恒电流低温起动过程进行了研究。研究发现,较低的起动电压和较高的起动电流更有利于低温起动过程,且恒电压起动比恒电流起动更具优势。     

PEM燃料电池流量及功率系统的建模

数学模型是理解和分析燃料电池性能的有效工具,质子交换膜燃料电池(PEMFC)的建模是该技术发展和研究中的一个极为重要的问题。将结合已有的PEMFC建模方面的成果和本实验室PEMFC实验台的实验数据给出一种质子交换膜燃料电池系统的动态模型。该模型能够描述电堆电压、反应物流量以及反应物空间压力的瞬态响应过程。我们利用Matlab的SIMULINK对模型进行仿真,给出了负载电流以及反应物流量控制器给定电压阶跃变化时系统的瞬态响应,并对仿真结果和实验台实际运行数据进行了分析和比较。结果显示具有较好的一致性,证明此模型是PEMFC的实时控制系统以及最优化设计的一个有力工具。     

PEM燃料电池动态特征的仿真分析

运用Fluent的PEM模块对质子交换膜燃料电池在改变气体湿度、流量以及电池负载条件下,电池的动态特性进行仿真分析.结果表明,燃料电池具有快速的动态响应能力,改变供给气体湿度的情况下,1 s内达到几乎稳定状态,在3 min内达到新的稳定状态.而且,膜的湿度对电池的动态性能影响很大.适当提高空气流速,可以有效地提高排水能力,提高电池的性能.中、低电流密度下,空气流速对电池的动态性能和动态响应能力影响不大;高电流密度下,空气流速对电池动态性能和响应能力有显著影响.