不同气体相对湿度与氧气流量下梯度磁场对PEMFC工作性能的影响

文章在质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极侧加载强度为360 mT的梯度磁场,研究不同气体相对湿度与不同氧气流量下梯度磁场对PEMFC工作性能的影响。研究结果表明:在PEMFC阳极侧加载梯度磁场有利于提高PEMFC的工作性能;随着气体相对湿度的逐步升高,PEMFC的输出功率密度随之提升,且梯度磁场对不同气体相对湿度下的中、高电流密度区域的PEMFC工作性能有稳定的提升效果;当阴、阳极的气体相对湿度为100%时,加载梯度磁场后的PEMFC输出功率密度达到最高;当氧气与氢气的流量相同且较低时,梯度磁场对PEMFC的工作性能有大幅度的提升效果;当氧气流量大于氢气流量时,梯度磁场对PEMFC的影响在高电流密度区域更为显著,但过高的氧气流量会对PEMFC的工作性能起到抑制作用;在阳极侧垂直加载梯度磁场,能够降低PEMFC对环境的敏感性。     

磁检测与磁效应在质子交换膜燃料电池中的应用研究

质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell)是目前热门的清洁能源之一。通过磁检测和磁效应对电池反应的影响,提升电池性能及保持电池的稳定性以延长电池的使用寿命。对质子交换膜燃料电池的组成、工作原理进行阐述;对磁检测在质子交换膜燃料电池中的应用、磁效应在质子交换膜燃料电池中应用的机理及实际应用进行综述,对研究结果进行总结。     

直接液体甲醇燃料电池流场组织行为研究(Ⅰ) 传统对称流道电池的模型建立

建立了直接甲醇燃料电池垂直流道方向电池单元的二维稳态数学模型,考虑了电化学动力学、多组分传递和甲醇渗透影响.计算了流道布置密度、扩散层、催化层和质子交换膜等组件尺度对电池内物料传质特性、化学反应组织和电池输出性能的影响.研究发现,增加流道布置密度、增加催化层厚度能有效提高电极反应均匀性和电池性能.其中催化层和质子膜的厚度影响最为显著,在该文研究范围内分别可提高电池的平均电流密度131.0%和17.8%.而扩散层和质子交换膜厚度都存在一个最佳值,需要与以上流场板设计尺寸和膜电极尺寸匹配.     

四流道蛇形结构质子交换膜燃料电池温度分布数值模拟

为研究温度对质子交换膜燃料电池性能的影响,运用多物理场直接耦合分析软件COMSOL Multiphysics,对不同电池温度的四流道蛇形流场质子交换膜燃料电池进行了数值模拟。模拟得到了不同电池温度下垂直膜电极平面以及电池中心处从阳极流道到膜,再到到阴极流道的温度变化情况;还得到了电池温度为353K时,电池入口处、中心处和出口处从阳极流道到阴极流道相应位置点的温差变化。对模拟结果进行分析和比较后发现:电池内部温度的升高与电池本身的原始温度存在线性变化关系;电池入口处、中心处和出口处的温度变化趋势存在差异,且电池入口处温升最大,中心处次之,出口处温升最小;随着电池温度的升高,电池因内部反应所产生的热量减少。模拟结果对质子交换膜燃料电池的性能优化有重要意义。     

PEMFC圆形双极板径向流场环形肋板孔道研究

为研究质子交换膜燃料电池圆形双极板径向流场环形肋板上的孔道对电池性能的影响,借助多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics对不同孔道数目的流道设计方案进行数值模拟。选定某一特定孔道数目之后,进一步研究孔道的形状尺寸对电池电化学性能和物质输运能力的影响。结果表明：增加环形肋板上孔道的数目有利于提升电池输出功率,采用长宽比为1.50~1.75的矩形孔道的燃料电池整体性能最优。     

外加磁场环境下圆柱型PEM燃料电池的工作性能研究

设计了一种圆柱型PEM燃料电池,研究了该燃料电池在外加磁场环境下的工作性能。实验结果表明,由磁力机产生的均匀磁场和永磁铁产生的梯度磁场均能提升圆柱型PEM燃料电池的工作性能,梯度磁场对燃料电池的输出功率密度提升更大;燃料电池的阴极、阳极位置也影响其工作性能,当以内部集流板作为阳极、外部集流板作为阴极运行时,燃料电池输出功率密度更大,而且外加磁场对燃料电池的功率提升比也更大。     

我国燃料电池汽车用质子交换膜产业发展分析

氢燃料电池汽车是未来新能源清洁动力汽车的主要发展方向之一,质子交换膜作为氢燃料电池的核心原材料,其性能的好坏直接决定着燃料电池的性能和使用寿命,因而也成为近年来研究的热点。按照含氟量对质子交换膜进行分类,主要包括全氟磺酸质子交换膜、部分氟化聚合物质子交换膜、复合质子交换膜和新型非氟化聚合物质子交换膜,其中全氟磺酸质子交换膜由于其优异的性能成为当前最为商业化的电解质膜。未来几年,随着氢燃料电池汽车规模化应用,质子交换膜也必将迎来新的高峰,蕴藏着巨大的市场潜力。我国质子交换膜产业整体正处于加速发展阶段,市场开始活跃,企业正在加速布局,但目前产能利用率较低。国内质子交换膜整体供给仍然不足,大部分需求方仍使用进口膜。国内生产企业正在加速发展,部分代表性企业已经实现批量供货,并正在扩大产能,其他企业也在加快布局。全氟磺酸质子交换膜仍然是当前商业化应用的最优选择,如何在提升性能的同时降低成本是重点研究方向。从长远看,在发展全氟磺酸质子交换膜的同时,仍需布局发展部分氟化、无氟型以及复合质子交换膜。     

阴极开放式质子交换膜燃料电池实验性研究

文中围绕实验室自制的开放式阴极自增湿型质子交换膜燃料电池开展了大量相关实验,采用FLUKE Ti25红外温度成像仪测得了各种操作条件下电池表面温度分布图像。实验结果表明:在封闭式阳极(anode dead-end)操作条件下,液态水会在阳极逐渐积累而影响反应气的传质,造成电池输出性能的衰减。通过阳极排气可以使电池性能恢复。纵观电堆表面温度分布情况,总体呈现出沿氢气流道方向递增的趋势。且随着电流密度的增大,这种温度分布的不均匀性变得更加明显。在实验所测试的范围内,电堆的平均输出功率密度达到了583 mW/cm2。     

燃料电池发展现状与应用前景

介绍了各种类型燃料电池（碱性燃料电池,熔融碳酸盐燃料电池,固体氧化物燃料电池,磷酸燃料电池及质子交换膜燃料电池）的技术进展,电池性能及其特点。其中着重介绍了当今国际上应用较广泛,技术较为成熟的磷酸燃料电池和质子交换膜燃料电池。对燃料电池的应用前景进行探讨,并对我国的燃料电池研究提出了一些建议。     

空气抽吸式甲醇燃料电池传热与传质特性

空气抽吸式直接甲醇燃料电池不仅具有被动式燃料电池的优点,同时又便于将其串联成电堆提高输出电压。建立以阴极为管道抽吸式结构的直接甲醇燃料电池的三维、两相、非等温稳态数值模型,研究了质子交换膜性能、供给甲醇浓度以及电堆规模对电池性能及燃料利用率的影响。对于保温较好的大电堆,采用低甲醇穿透的改性质子交换膜能同时提升燃料利用率和比功率;此类电堆若采用穿透率低的改性膜,则2 mol/L的甲醇浓度就能保证电池在较大的电流密度区间内维持较高的功率与效率。作为影响电池运行温度的重要因素,电堆规模的大小将直接影响质子交换膜种类与甲醇浓度等关键参数的设计与选择。