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。     

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。     

不同空间磁场分布对PEMFC工作性能的影响

通过在质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极侧分别垂直加载不同均匀度(南北极交替面、同一北极面)的同心圆磁场和不同梯度降的矩形单磁体与复合磁体,以此考察不同均匀度与不同磁场梯度降的磁场对PEMFC工作性能的影响。结果发现,在PEMFC阳极侧加载不同均匀度的磁场,都能不同程度地提高PEMFC的工作性能。当阳极侧垂直加载南北极交替的同心圆磁场时,PEMFC输出功率密度最好,达到69.71 mW/cm~2,功率密度提升百分比为7.9%,同一北极面磁场下的电池性能次之;当PEMFC置于不同梯度降(单磁体、复合磁体)磁场下时,其置于磁场梯度降大的复合磁体下的PEMFC输出功率密度较大,可以达到69.5 mW/cm~2,功率密度提升百分比为7.5%。     

质子交换膜燃料电池寄生功率影响实验研究

对自制的阴极开放式自增湿型质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统对外输出功率、平均工作温度及阴极风扇系统寄生功率影响开展了实验研究。实验结果表明:阴极风扇系统寄生功率与PEMFC系统对外输出功率之间存在紧密的关系。当阴极风扇系统寄生功率逐渐增大,PEMFC系统的平均工作温度呈逐渐下降趋势,而输出性能则逐渐上升。PEMFC系统输出性能的极值点不等于其平均工作温度的极值点,二者之间并非呈现单纯的线性关系,且存在最佳工作温度。     

操作条件扰动在PEMFC性能优化中的应用

以质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池为研究对象,研究了电流短路、电流扰动以及空气流量扰动这三个操作条件扰动对PEMFC单电池的极化曲线和功率曲线的影响。研究结果表明,电流短路能够有效提高PEMFC的输出性能,尤其是在大电流情况下,输出电压最高可提高62.96%,输出功率最高可提高30.36%;电流向上扰动和空气流量向下扰动在大电流下均可以提高PEMFC的输出性能,在小电流下对PEMFC的性能影响不明显。     

PEMFC的最大运行功率和广义预测控制

目前正在研究的一个重要问题就是如何使质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统输出功率最大。然而,功率密度和很多因素相关,如电池的输出电压、燃料电池温度、阳极和阴极的压力及进气的湿度等,而且有着复杂的非线性关系。如果假定了电池输出电压和工作温度的范围,在此范围内,用二次多项式来拟合功率密度曲线并估计了燃料电池的最大功率点,再在广义预测控制(GPC)中增加了问题遗忘因子递推最小二乘法(FFRLS),以此来解决PEMFC各方面特性会随时间实时变化这个问题。基于近似拟合和广义预测控制方法,可以找到质子交换膜燃料电池的最大功率点,并使燃料电池一直保持工作在最大功率点,且当前消耗的氢气量最少。     

空冷型PEMFC阳极排气周期实验研究

针对不同负载和阳极排气周期,对自制的空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行实验。在实验过程中用单电池巡检系统监控各单体电池的电压,红外热像仪测量电堆表面的温度分布。在恒压输出模式下,随着阳极排气周期和负载的增大,单体电池的电压差逐渐扩大。当排气间隔为50 s(单体电池电压设定为0.6 V)时,平均电压最大偏差达0.2 V,出现该现象的原因是高负载输出时,如阳极排气不及时,更容易发生水淹。     

空冷型PEMFC的动态建模仿真及验证

为研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作特性,采用Simulink软件建立了PEMFC的电化学动态模型及传热动态模型,将模型仿真计算得到的数据与实验室空冷型PEMFC的实验数据进行对比。通过对比模型与实验电池的输出电压及电堆工作温度数据发现误差都在2%以内,模型具有良好的适用性。在该模型的基础上探究了阳极氢气压力、膜含水量以及质子膜厚度等因素对PEMFC输出性能的影响,根据仿真结果表明:提高氢气压力、增大膜含水量和在一定范围内减小质子膜厚度都能提升电堆的输出性能。     

质子交换膜燃料电池内水传递影响因素分析

通过大面积质子交换膜燃料电池(PEMFC)的水平衡实验研究,考察了不同操作条件,如电池阴极增湿温度、电池操作温度及阴阳极压差对水在阴阳极间迁移行为及对电池输出性能的影响。实验结果表明,提高电池阴极增湿温度,促进了水向阳极的扩散,在一定程度上可提高电池的性能,但同时增大了电池的水淹程度;提高电池操作温度促进反应生成水向阳极的迁移并提高了电池性能;减小阳极压力以增大阴阳极压差可促进水向阳极迁移,但压差对水的迁移行为影响不大。     

流线型挡板对PEMFC性能的影响

优化质子交换膜燃料电池PEMFC（proton exchange membrane fuel cell）的流道结构是强化反应气体传输及提升输出性能的一种重要方法。在PEMFC直流道中添加了一种新型流线型挡板结构,与矩形挡板进行了对比,并分析了流线型挡板的背风面长度对PEMFC传质特性的影响。最后在平行流场中添加流线型挡板,研究了挡板的分布方式对PEMFC性能的影响。结果表明,在直流道内添加挡板提高了挡板下方反应气体的流动速度,增加了扩散层中的反应气体总通量,PEMFC电流密度得到提高。当流线型挡板的背风面长度增加时,有利于减小挡板后方的涡流大小。此外,在平行流场中添加流线型挡板并采用交错分布时,增大了平行流场中的反应气体压降,提高了催化层中的反应气体浓度。当工作电压为0.5 V时,采用交错分布平行流场的PEMFC电流密度比常规平行流场提高了3.4%。研究结果可为今后挡板优化及分布方式的研究提供理论基础和技术储备。     

Li(B)合金负极在热电池中的应用研究

研究了锂的质量百分数为61%的Li(B)合金和15%的LAN负极(Li-Ni).结果表明,Li(B)合金与LAN负极电极电位相同.Li(B)合金负极具有好的脉冲放电特性,脉冲电压ULi(B)》ULANo在大电流密度放电条件下,Li(B)合金与LAN负极都具备快速激活能力,性能相近.在各种电流密度下放电,Li(B)合金的利用率都比LAN负极高.Li(B)合金中吸附的金属锂能够全部放电,而且组成Li-B化合物纤维基体的锂有超过30%的锂也可以放电.如果负极结构设计合理,用Li(B)合金和LAN的热电池可在径向2048.2 m/s2离心力作用下正常放电.Li(B)合金的各种物理性能和抗氧化性优于LAN,Li(B)合金的相对成本只有LAN(Li-Ni)负极的60%.     

深圳地区220 kV输电线路工频电磁场效应问题

针对市民对深圳市区220kV输电线路的“电磁辐射”的投诉,实测和分析了220kV输电线路及变电站电磁场强度,结果显示,工频磁场测量值为0．01283mT,远低于国家标准的0．1mT,电场强度不超过国家规定的居民区工频电场评价标准4kV／m,该输电线路的工频辐射能量非常小,其辐射性质很弱,与国际上普遍认为工频电磁场对人体健康没有危害的认识一致。     

加湿对PEMFC性能的影响

研究了在重力作用下,反应气体的湿度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响.通过控制加湿温度,控制反应气体的相对湿度;通过改变阴极和阳极的相对位置,来改变PEMFC内部的水管理.阳极不加湿(阴极加湿)时,PEMFC的性能最差;阴极不加湿(阳极加湿)时,PEMFC的性能最好.阳极在上时,重力对阴极排水有积极的作用;阴极在上时,重力阻碍阴极排水.     

典型110kV变电站站界电磁环境现状分析

通过分析对比4种不同布置方式典型110 kV变电站站界电磁环境检测数据,得出目前110 kV变电站周围的工频电场强度和磁感应强度均远小于国家推荐的标准限值,即工频电场强度4 kV/m和工频磁感应强度0.1 mT.此外,变电站的构筑物对变电站工频电场的屏蔽效果显著,这给未来城市变电站的规划设计提供了有益参考.     

储罐罐壁缺陷检测爬壁机器人吸附机构的磁场分析

针对阶梯形变截面罐壁缺陷漏磁检测的可调节磁路问题,设计了吸附机构,实现吸附的同时对12mm厚罐壁进行有效磁化。基于传统的标准缺陷漏磁测量法,再结合剖分试件法,通过Ansys仿真和实验测量磁感应强度、背底磁场以及漏磁场特性,得到气隙值分别为5.5mm、6.5mm、7.5mm、8.5mm、9.5mm、10.5mm的漏磁场曲线。验证了磁路设计的正确性和仿真的可参考性,为通过仿真确定不同厚度钢板所需气隙提供依据。实验发现,钢板缝隙正上方漏磁场Bx和Bz存在峰值,随着气隙增大Bx峰值下降至5~10m T,偏离缝隙Bx骤减,钢板无缝隙处的背底磁场在20~30m T,钢板缝隙内磁化强度在771~893m T,且磁化较均匀。     

不同流场的PEMFC性能研究

改进了一个耦合气体流道和气体扩散层的两相、三维和多组分质子交换膜燃料电池(PEMFC)模型,研究4种流道形式对PEMFC输出性能的影响。设定温度为70℃,有效面积为3.61 cm~2的情况下,发现单边交指单蛇形流道的性能最好,单蛇形流道的性能最差。阳极流场的形状对PEMFC性能的影响不大。单边交指单蛇形流道的阴极氧气浓度分布最均匀,浓度差值为6.41 mol/m~3,同时排水性能最好,阴极流道内水浓度差值为10.25 mol/m~3。     

两种分块化PEMFC模型的仿真比较分析

分块化方法是将单片质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)沿阳极和阴极流道划分成15个连续的子模块;然后将每个子模块视为1个独立的PEMFC集总模型,用第n个子模块的输出(即气体摩尔流量和压力)作为第n+1个子模块的输入;最终获得单片PEMFC内部的电流密度分布和膜中水含量分布。基于此建模方法,分别建立了稳态和动态的分块化PEMFC仿真模型。仿真结果对比表明,动态分块化PEMFC模型不仅能预测电流密度分布和膜中水含量分布,还能较为合理地描述PEMFC的动态特性。     

Influence of power supply on continuity of vacuum arc with Al cathode and N2 flow under medium vacuum

The continuity of a steered vacuum arc with Al cathode and N₂ flow at a pressure between 0.1 and 5 Pa is investigated. Two constant‐current power supplies (60 V open‐circuit voltage/30 V load voltage and 310 V/240 V) and a constant‐voltage power supply with open‐circuit voltage 550 V are used. The arc current is 30 A, the N₂ flow rate is 20 ml/min, and the transverse magnetic field density at the cathode edge is 1.2 mT. The following results are obtained. (1) When the power supply with lower open‐circuit and load voltages is used, a decrease in pressure causes the arc to lose sustainability. (2) When the power supply with high open‐circuit and load voltages is used, the arc can continue even at lower pressure. (3) When the power supply with higher load voltage is used, abnormal discharge behind the magnet field guide‐disk may occur at lower pressure. The above‐mentioned influence of power supply on arc continuity is interpreted in terms of column fall and generation of a new cathode spot. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 128(3): 9–15, 1999