磁场环境对PEMFC性能的影响

通过在阳极、阴极侧垂直加载不同极性(北极、南极)的磁场,以及在阳极侧垂直加载不同强度(0 m T、210 m T、310 m T和390 m T)和不同性质(非均匀、均匀)的磁场,考察不同加载方式和不同性质的磁场环境对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。加载磁场可提高燃料电池的输出电能。当加载阳极侧北极磁场时,PEMFC的性能最好,功率密度极大值达到65.66 m W/cm~2。在相同磁场强度下,加载非均匀磁场时燃料电池的输出功率密度均高于加载均匀磁场时。     

阳极加载稳恒磁场对PEMFC性能的影响

在工作面积为26.5 mm×26.5 mm的质子交换膜燃料电池(PEMFC)的阳极侧加载不同方向(与阳极侧平行、垂直)、不同强度(0、210、310、390 m T)的稳恒磁场,测出稳恒磁场源的磁场空间分布,得到在PEMFC阳极侧加载磁场对电池性能的影响。实验结果发现:一定强度范围内的磁场能够提高PEMFC的工作性能,但在不同磁场方向与不同磁场强度下,得到的PEMFC工作性能提高幅度有差异。当在PEMFC阳极侧加载垂直磁场时,其最大输出功率提高更大,平行磁场其次。当在阳极侧加载390 mT的磁场时,其PEMFC最大输出功率密度可以达到73.38 mW/cm~2。实验同时发现一定强度的加载磁场还可以提升PEMFC输出功率的稳定性。     

不同温度下磁场对PEMFC的工作性能影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极侧垂直加载410 mT磁场,考察不同气体温度下磁场对PEMFC工作性能的影响。结果发现:PEMFC在加载磁场后的工作性能优于不加载磁场的电池性能,当工作温度为45℃时,磁场提升PEMFC功率密度最大,达到14.4%。当PEMFC阳极侧和阴极侧采用不同温度条件时,加载磁场后PEMFC的工作性能提升幅度有很大不同,不加磁场时,氢气侧65℃、氧气侧45℃时的极化曲线斜率比氢气侧45℃、氧气侧65℃时的大很多,但加载磁场后,两者之间的斜率差缩小,表明磁场对电池内部氧气传质影响大于对氢气的影响。     

运行参数对单体直接甲醇燃料电池性能的影响

分别在不同温度、不同燃料浓度、不同燃料进料速度下测试了单体直接甲醇燃料电池的极化曲线、功率密度曲线以及阴、阳极的极化曲线.结果表明:随着电池操作温度升高电池性能逐渐提高,阳极极化过电位明显减小;但甲醇的渗透速率也同时增大,在阴极产生混合电位,增大了阴极极化;随着进料浓度升高,阳极出现浓差极化的电流密度增大,甲醇渗透速率增加,阴极电化学极化过电位增大;在电池运行温度、阳极燃料浓度一定情况下,进料速度对电池性能影响相对较小;在所研究的电池运行参数范围内,电池温度为60℃、阳极燃料浓度为1.0 mol/L、进料速度为2.5 mL/min时电池的性能最佳,最大功率密度为61.7 mW/cm2.     

乙烯基酯树脂/膨胀石墨燃料电池复合双极板

采用真空浸渍结合模压的方法,选取乙烯基酯树脂(VE)和膨胀石墨(EG)板材为原料制备复合双极板。考察了微观结构以及成型压力对双极板材料的导电性能、密封性能、机械性能以及表面亲/憎水性的影响。结果表明:随着成型压力的增加,双极板的电阻下降;双极板的气体密封性优异,其渗透率低于2×10-6cm~3/(S·cm~2),相对于原始EG板材降低了3个数量级;复合双极板有很高的表面能,与水的接触角均大于90°,这有利于电池内部液态水的排出。此外还研究了双极板在模拟燃料电池环境下的腐蚀行为,并利用性能最优的复合双极板组装成单电池,进行性能测试,当电流密度达到1500 mA/cm~2时,其功率密度可达到最大值670 mW/cm~2。并且经200h运行后,电池性能仍然稳定。因此,乙烯基酯树脂/膨胀石墨复合材料是一种有前景的双极板材料。     

造孔剂对流延法制备的阳极支撑SOFC性能的影响

采用流延法分别制备了以可溶性淀粉、石墨和玉米淀粉为阳极造孔剂的阳极支撑型SOFC。以8%（摩尔分数）氧化钇稳定的氧化锆（ZrO）_0.92（Y₂O₃）_0.08（YSZ）为电解质材料,Ni∶YSZ为1∶1（质量比）的金属陶瓷（Ni-YSZ）为阳极,AgGDC为阴极,在电解质和阴极之间制备一层GDC为过渡层。采用加湿H₂[H₂O含量3%（体积分数）]作为燃料气,进行电化学测试。结果表明：800℃下,玉米淀粉的功率密度845 mW/cm²为最大,远高于石墨（422 mW/cm²）和可溶性淀粉（312 mW/cm²）的功率密度。通过阻抗谱、扫描电镜和孔隙率测试对不同造孔剂制备的阳极微观结构与电池性能之间的关系进行了表征和分析。     

磁织构化处理对NiZn铁氧体基复合电波吸收材料吸波特性的影响

以NiZn铁氧体为主吸收剂,添加其他介质制成复合电波吸收材料,经垂直和平行磁场磁织构化处理后,在7.5~12GHz波段测试其吸波性能,发现样品的最大反射衰减量由原来的30.5dB分别增高到36.0dB和31.7dB,匹配厚度略增,面密度略降,吸收峰移向低频,10dB带宽略增.垂直和平行磁场织构化的双层结构,其吸波性能与单层相比有所改变.     

基于代理模型的三维梯形流道质子交换膜燃料电池结构优化设计

为了优化梯形直流道质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的性能,以梯形流道的上/下底宽为设计变量,建立一个三维,多相的梯形直流道PEMFC模型。以矩形直流道质子交换膜燃料电池为基础模型,用于对比分析。以净输出功率为目标函数,应用克里金(Kriging)代理模型完整预测分析域和形成响应面,发现用Kriging代理模型构建的响应面函数精度较高。最后,通过遗传算法得到一个宽矮型的最优梯形流道结构。研究显示梯形流道下底宽对净输出功率的影响较大,增加流道的下底宽度可以促进氧气向下扩散,从而提高电流密度。当电压为0.5V时,和基础模型相比,最优模型的净输出功率提升20.90%。研究还发现在阴极侧,流道下方氧气的摩尔浓度比脊下方的浓度高,沿着反应物的流动方向氧气摩尔浓度逐渐下降。沿着反应物流动方向和垂直方向,最优模型的氧气浓度梯度低于基础模型,最优模型的氧气分布更加均匀。在阴极扩散层及催化层内,最优模型的氧气平均摩尔浓度高于基础模型。     

半导体离子型纳米复合电解质材料GDC-LCNC的性能研究

制备了具备高离子电导率的半导体离子型纳米复合电解质材料GDC(Gd_(0.9)Sm_(0.1)O_(1.95))–LCNC(LiCo_(0.225)Ni_(0.7)Cu_(0.075)O_(3-δ)),并与纯GDC进行对比,研究了m(GDC)∶m(LCNC)对电池性能的影响。结果表明:纯GDC电解质材料电池性能最差,无电流;m(GDC)∶m(LCNC)为2∶1时,获得的复合电解质材料最大功率密度为223 mW/cm~2;m(GDC)∶m(LCNC)为3∶1时,复合电解质材料的综合性能最佳,且在定电压(0.45 V)时,短时(4 h)内电流密度无明显衰减。     

磁性磨粒磨料混合均匀度测试与分析

磁性磨粒是兼有磨削能力和磁化性能的铁基复合磨粒,主要由磁介质相(铁粉)和磨粒相(碳化硅、氧化铝或金刚石等)组成。磨料的混合均匀度是影响磁性磨粒综合性能的关键工艺参数之一。利用变异系数CV表示磨料的混合均匀度,采用磁体吸附法测试与分析磨粒相、混合时间对混合均匀度的影响。结果表明,该测试方法简单易行、合理可靠,并得到不同类型的磨料在混合6~6.5h,变异系数CV为0.129%~0.233%,达到很好的混合均匀度,为更好地制备磁性磨粒、提高磁性磨粒的综合性能提供了合理的工艺参数。     

混合励磁爪极发电机的磁场调节特性分析

针对电励磁爪极发电机输出功率较低、永磁式爪极发电机磁场不可调节的缺点,研究了一种特殊结构的混合励磁爪极发电机。阐述了该发电机的结构组成、工作过程及磁场调节原理,利用三维电磁场有限元软件JMAG分析了其空载磁场分布情况及磁场调节特点。结果表明,与相同结构参数的电励磁爪极发电机相比,混合励磁爪极发电机具有更高的气隙磁通密度和更宽的磁场调节范围等优点,为进一步深入探索爪极发电机提供了一定的理论基础和技术参考。     

Enhanced piezoelectric energy harvester performance using magnetic force and thermal energy

One possible approach of improving the performance of energy harvesters is to use energy harvester with an external magnetic force to create a nonlinear coupling system. In this work, we report experimental results of a single piezoelectric cantilever beam (PCB) with tip mass or conventional piezoelectric energy harvester (CPEH), and the effect of applying an external magnetic force. The output voltage and power at optimal resistance was 7.62 V and 0.62 mW, respectively, at the resonance frequency of approximately 11 Hz of a CPEH. Also, the output voltage and average power at optimal resistance was 8.56 V and 0.44 mW, respectively, at resonance frequency of 7 Hz of a PCB with fixed opposing magnet. Furthermore, the output voltage and average power at optimal resistance was 13.31 V and 1.77 mW, respectively, at resonance frequency of 11 Hz of a PCB with opposing magnet attached at a second cantilever. In addition, comparison between the experimental results of all different configurations showed a reasonable enhancement of performance of energy harvester when an external magnetic force added over the main PCB. Finally, the performance of a multisource energy harvester with magnetic, thermal and mechanical sources is also presented in this study. In this case, it is demonstrated that increase in output voltage with temperature gradient under effect of magnetic force; the results of 2^nd and 3^rd model showed 44% and 99% enhancement of its original output voltage value at 1.2 °C and 2.7 °C temperature difference, respectively.     

直线Halbach磁体用于磁浮列车涡流制动的研究

磁浮列车采用涡流制动摆脱了机械制动中粘着系数对制动性能的制约.电磁涡流制动需要电能供应,存在电能损耗.永磁涡流制动由于不需供电故效率高.永磁Halbach磁体磁感应强度大于普通永磁磁体,且Halbach磁体具有自屏蔽性能,一侧拥有强磁场,另一侧磁场几乎为零.直线Halbach磁体用于磁浮列车涡流制动的研究,采用解析的方法分析其制动过程中的电磁机理,推导出涡流制动力方程.设计了一套实验系统,对制动力方程进行了验证,并对实验结果进行了分析.     

磁体结构尺寸对Halbach阵列的影响

基于Halbach磁体阵列结构的内转子永磁电机的基本模型,比较了Halbach磁体结构与普通磁极结构的永磁电机,分析了Halbach磁体结构的气隙磁密分布,得出磁体结构的气隙磁密、磁通随永磁体的厚度的变化规律,总结出Halbach阵列具有磁单边特性,且在强侧具有良好的正弦特性。     

30kW双转子永磁发电机的磁场分析及性能计算

借助ANSYS建立了30kW双定子双转子永磁同步发电机的物理模型,并对其电磁场进行了时步有限元动态仿真,得到了不同工况下的气隙磁密波形,以及空载电压、额定工况下的功率输出电流等性能参数曲线.并将计算结果与样机的实验数据进行了对比验证.结果表明:针对30kW双定子双转子永磁同步发电机的磁场计算结果与样机技术参数基本相符,为同类产品的开发和改进提供了理论参考.     

磁致冷永磁高强磁场的仿真及其优化

室温磁致冷是一种绿色环保技术,有着巨大的发展潜力,而磁致冷机的工作效率主要取决于磁场大小和均匀度,因此磁路设计就显得尤为重要。本文首先介绍了磁路设计的磁路定理和有限元模拟方法,然后用有限元软件Ansys的APDL参数化编程技术对磁制冷样机中的磁体进行了模拟仿真,并对磁体的结构进行了优化设计。结果表明制造加工的磁体重量下降了一半,大大节约了制造成本。在制造过程中产生的应力和磁极表面的平整度对磁场的分布和大小都会产生较大影响。     

永磁电机磁极形状的特殊设计

利用永磁电机三维气隙磁密波形分析了轴向双削角等厚瓦表磁钢对齿槽电枢永磁电机定位转矩和电枢元件感应电势波形的影响。比较了各种改善电机性能的方法和利弊，认这种特殊设计的磁极有理想的磁密波形，稳定的充磁性能，磁钢完全利用，且只需传统的电机结构和工艺就可实现优异电机性能，对于无法兼顾全面性能的大功率电机而更显优越，文章最后给出易于生产和测量的平底平侧轴向双削角等厚瓦开磁钢结构图。     

Halbach列旋转电机气隙磁密波形特性

基于6极无齿槽Halbach阵列电机模型,利用Ansoft有限元软件研究了气隙磁密波形随每极磁钢块数的变化,得出了气隙磁密波形最优时每极磁钢的块数。分析了每极磁钢块数较多时,气隙磁密波形正弦度、气隙磁密谐波和气隙磁密幅值的变化规律,得出了磁密幅值最大时的磁钢块数,并综合考虑磁密波形正弦度和磁密幅值大小时最佳的磁钢块数。