质子交换膜燃料电池水传递模型

提出了用于研究质子交换膜燃料电池膜中水分布、水传递量分布、电流密度分布等的二维数学模型;系统地考察了电池温度、阴阳极压力差、增湿程度、质子膜厚度等条件对水的传递和膜中水分布的影响.计算结果表明:①阳极增湿能够提高气体进口段膜阳极侧水的含量;②使用越薄的质子膜,越能提高膜中水的含量;③阳极增湿程度越大,由阳极向阴极迁移的水量越多.     

高温质子交换膜燃料电池机理模型研究进展

建立高温质子交换膜燃料电池的机理模型可以加深对其内部传递现象和反应机理的认识,同时可以预测不同参数下燃料电池的性能,对优化电池的操作条件和结构参数等具有重要的指导意义。对现有的高温质子交换膜燃料电池机理模型进行了评述,分析了基于磷酸掺杂聚苯并咪唑膜(H3PO4/PBI)不同维数的稳态和动态模型及基于其他复合膜模型的优点和不足,并指出了高温质子交换膜燃料电池模型的研究方向。     

质子交换膜燃料电池关键技术研究进展

简述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作原理及特点;综述了PEMFC关键技术的最新研究进展,包括质子交换膜合成、电催化剂制备、膜电极工艺及水管理和热控制;并简介了我国PEMFC的开发情况。     

质子交换膜燃料电池加氢反应器

简述了燃料电池反应器的研究现状,根据膜反应器的设计思想,提出质了交换膜燃料电池加氢反应器的新概念,阐述了质子交换膜燃料电池作为加氢反应器的原理、可行性及应用前景。     

质子交换膜燃料电池仿真模型研究进展

质子交换膜燃料电池具有高效清洁等优势,是一种潜力巨大的绿色能源技术。数学模型作为一种合理可靠的工具,通过模拟电池内部的电化学传热传质过程,研究运行参数和结构参数对电池性能和寿命的影响,可以指导电池的优化设计。本文综述了近年来燃料电池催化层、气体扩散层和流道的研究模型,整理了各部件建模的影响因素和优化方法,以期对燃料电池建模以及电池各部件的优化设计起到参考作用。文中指出,考虑到现在仿真存在的局限性,未来主要研究方向为燃料电池系统研究与机理模型的结合、催化层微观结构的建模、非贵金属催化剂建模、气体扩散层衰减模型研究、大面积流道模型、三维模型温度分布研究以及全尺寸质子交换膜燃料电池模型的开发。     

燃料电池质子交换膜研究进展

质子交换膜作为燃料电池的关键材料之一,得到世界各国学者的广泛关注和深入研究,已先后研发出含氟高分子类、芳香烃聚合物类以及有机/无机杂化材料的质子交换膜.本文对燃料电池工作原理进行简要概述,并针对质子交换膜的应用前景及研究现状进行分析.     

质子交换膜燃料电池过程模拟研究进展

质子交换膜燃料电池（PEMFC）模拟是燃料电池系统设计与开发的基础。PEMFC模拟中模型建立的方法可分经验模型和机理模型两种类型。本文介绍了经验模型研究的现状。对机理模型研究,回顾了从一维模型到三维模型的发展历程,阐述了各个阶段模型建立方法的特点。同时还对PEMFC模拟过程中常用的模拟软件作简要介绍。从文献综述中可以发现,PEMFC模拟工作将向微观化、真实化和系统化方向发展。     

质子交换膜燃料电池的研究进展

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效节能、工作稳定、环境友好的理想发电装置。质子交换膜是PEMFC的核心组成,是一种选择透过性膜,主要起传导质子、分割氧化剂与还原剂的作用。PEMFC用电催化剂主要为铂系电催化剂,为降低成本,提高铂的利用率和开发非铂系催化剂是今后催化剂研究的主要方向之一。对PEMFC电极的工作原理,关键组件及电池的水管理、热管理方法等作了综述。     

质子交换膜燃料电池催化剂制备方法

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种高效的能量转换装置,具有使用温度低、转换效率高等优点,是电化学和能源科学领域的一个研究热点.本文讲述了PEMFC的概述、工作原理及其研究现状,并着重论述了PEMFC催化剂各种制备方法.     

乙烷质子交换膜燃料电池的研究

研究了以乙烷作为燃料、全氟磺酸高分子膜(Nafion膜)作为质子交换膜、Pt或Pt-Ru作为电极催化剂主要组分、并通过掺杂Nafion膜作为电极内的离子导体构成的燃料电池电化学性能.研究了两种电极催化剂:Pt与Pt-Ru复合催化剂的制备及构成的单电池在不同温度及运行时间下的电化学性能.温度增加,电池性能变好;运行时间增加,电池性能下降,在相同的温度与运行时间下,Pt-Ru复合催化剂构成的电池比Pt催化剂构成的电池极化小.通过分析电极反应产物,探讨了乙烷电极及电池的反应机理.结构为C2H6,( Pt-Ru+膜材料复合阳极)/Nafion膜/(Pt+膜材料复合阴极),O2 的质子交换膜燃料电池,在150℃时,电池的最大输出电流和功率密度分别高达70 mA·cm-2和22 mW·cm-2.     

质子交换膜燃料电池动态过程的数值模拟

为描述质子交换膜燃料电池的动态过程,发展了一个基于计算流体动力学的非稳态、非等温的三维两相流数学模型.应用模型对一蛇形流道结构的质子交换膜燃料电池单体进行了数值计算,得到了电池启动过程中电池阴极侧膜表面温度和电流密度等特征参数的动态过程变化曲线.最后,分析了阴极入口速度、湿度和电池电压阶跃变化后电池特性的动态响应特性.结果表明：电池的启动时间和阶跃响应时间均为秒的数量级,与大多数模型模拟的结果相一致.     

中压氢-氧质子交换膜燃料电池的运行特性

通过设计阴极流道宽度为1 mm与2 mm的单电池,研究了不同温度下闭口中压氢-氧质子交换膜燃料电池的运行特性。结果表明：(1)2 mm的电池有较好的闭口稳定运行特性,在800 mA·cm-2下,1 mm的电池闭口运行时,大约经过3 min,电压从0.7 V下降到0.5V,而2 mm的流场结构能实现电池53 min的运行;(2)电池性能随温度的升高而下降,相对于65℃运行,温度为80℃时,1mm的电池闭口运行时,大约经过1.7 min,电压从0.69 V下降到0.5 V,此时为维持电池的高性能运行,氧气侧所需的排放时间越短;(3)电池的内阻随温度的升高而增大,高温时增幅较小。     

氧化石墨烯在燃料电池质子交换膜中的应用

保护环境，开发环保型能源，对人类和社会具有重要意义。质子交换膜燃料电池由于其能量转化率高，可实现零排放，近年来引起了电池领域研究者们的兴趣。氧化石墨烯（GO）由于存在活性氧官能团，可以和离子型聚合物进行复合以制备复合质子交换膜。氧化石墨烯类的复合质子交换膜应用于燃料电池时可以提高膜在高温低湿度条件下的质子传导率，降低甲醇渗透率，提高电池的功率密度。本文首先介绍了氧化石墨烯的制备方法，然后从不同的离子型聚合物基质复合质子交换膜的类别出发，详细介绍了氧化石墨烯在Nafion、聚醚醚酮、聚苯并咪唑和壳聚糖等不同种类的离子型聚合物中的应用现状及作用机理，同时对其在质子交换膜的应用方面存在的问题及应用前景做了评论和展望。     

质子交换膜燃料电池研究进展

由于质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有能量转化效率高、寿命长、比功率和比能量高、以及对环境友好等优点,近年来得到迅速发展.笔者综述了PEMFC的特点,分析了PEMFC在国内外的最新研究进展,介绍了PEMFC的应用前景,并指出了PEMFC研究当前需要解决的技术问题及其发展趋势.     

基于非线性动态模型的质子交换膜燃料电池故障诊断

为了对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统进行故障诊断以提高系统的安全性和可靠性,针对PEMFC系统的强非线性,在九阶状态空间模型的基础上提出一种滑模观测器实时生成残差,利用故障阈值检测法建立故障特征矩阵检测故障,进而为了隔离故障,引入相对故障敏感度函数建立理论相对故障敏感度矩阵,在系统运行时实时计算各故障相对故障敏感度与理论相对故障敏感度的欧氏距离,最小欧氏距离对应的故障则为系统发生的故障,结果验证了所提出的基于模型的故障诊断方法的有效性,且所构建观测器可以估计PEMFC系统中难以直接测取的状态变量,平均相对误差在6%以内。     

基于非线性动态模型的质子交换膜燃料电池故障诊断

为了对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统进行故障诊断以提高系统的安全性和可靠性,针对PEMFC系统的强非线性,在九阶状态空间模型的基础上提出一种滑模观测器实时生成残差,利用故障阈值检测法建立故障特征矩阵检测故障,进而为了隔离故障,引入相对故障敏感度函数建立理论相对故障敏感度矩阵,在系统运行时实时计算各故障相对故障敏感度与理论相对故障敏感度的欧氏距离,最小欧氏距离对应的故障则为系统发生的故障,结果验证了所提出的基于模型的故障诊断方法的有效性,且所构建观测器可以估计PEMFC系统中难以直接测取的状态变量,平均相对误差在6%以内。     

质子交换膜燃料电池可视化研究进展

质子交换膜燃料电池(包括氢氧质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池)内的两相流动以及相应的水管理、气管理对燃料电池的性能和寿命有很大的影响,而可视化方法是研究流场槽道内两相流动非常重要的方法之一。可视化实验可以真实地展示气泡或液滴在流场槽道内的生成以及发展过程,有利于了解其进化机制,从而进一步优化气管理、水管理并提高电池性能。本文主要综述了质子交换膜燃料电池两极流场内两相流动的可视化研究进展,讨论了扩散层的润湿性以及扩散层内水的传递机理,还介绍了实现可视化的方法,并提出了可视化研究的不足及发展方向。     

质子交换膜燃料电池冷启动的数值模拟

冷启动是质子交换膜燃料电池（PEMFC）商业化所面临的挑战之一,在PEMFC冷启动实验中,通过中子成像技术已经观测到电池内部存在过冷水,因此本文模型重点考虑过冷水对电池冷启动性能的影响。通过引入结冰概率函数对过冷水结冰过程的随机性进行描述,从而建立了PEMFC冷启动的三维、瞬态和多相流动数学模型。基于该模型,研究电池阴极催化层中离子聚合物的体积分数和质子交换膜的厚度对电池冷启动性能的影响。研究结果表明,增加阴极催化层中离子聚合物的体积分数,可有效促进阴极催化层中的反应生成水向质子交换膜中进行扩散,从而充分利用膜内的储水空间;减少质子交换膜的厚度,能促进质子交换膜中的离聚物水向阳极催化层扩散,在大电流密度工况下可有效缓解阳极的“膜干”现象。     

质子交换膜燃料电池研究及应用现状

介绍了国内外质子交换膜燃料电池(PEMFC)研究的整体现状及水平,分别讨论了PEMFC的3个关键部件:质子交换膜的材料要求,电化学反应催化剂的特点,膜电极的组成、制备工艺和最新进展,重点讨论了全氟磺酸型质子交换膜的类型、优缺点和当前的研究方向。在此基础上,追述了近年来国内外以PEMFC作为电动汽车动力源的实际应用情况,并指出应用PEMFC存在的问题。可以看到,PEMFC具有广阔的应用前景,将会在电动汽车方面得到最早的商业化应用。     

基于膜电极的质子交换膜微生物燃料电池

通过采用传统电化学燃料电池的技术和材料,以寻求提高微生物燃料电池的电流密度,制作基于膜电极的微生物燃料电池。通过构建温控压力机,制作了一系列膜电极(MEA),并对作为正极的多种碳材料进行了筛选。使用定制的玻璃微生物燃料电池来放置膜电极和培养Geobacter sulfurreducens,对产生的电流进行评价。细胞的生长以乙醇为唯一碳源,因而代表了一种新型的乙醇/氧气燃料电池。相比以前的设计,基于膜电极的微生物燃料电池的电极表面每个单位会多产生出100倍的电流,并且可以被长久使用。