可交联磺化聚醚醚酮质子交换膜的合成及性能

以二烯丙基双酚A与叔丁基对苯二酚与不同磺化度单体四元共聚,采用芳环亲核缩聚的方法制备了新型含可交联侧基的磺化聚芳醚酮聚合物,并考察了聚合物及其膜的热性能、甲醇渗透性和离子交换容量等性能.结果表明,该聚合物可溶,成膜性好,热性能、质子传导性均达到使用要求.     

多孔PTFE膜基体厚度对复合质子交换膜性能的影响

以不同厚度PTFE多孔膜为基体,制备了Nafion/PTFE复合质子交换膜.SEM表明采用Nafion树脂充分填充到PTFE多孔膜中为基体,通过拉伸和溶涨实验比较了不同厚度PTFE多孔膜基体制备的复合膜的物理性能差异.电化学和单电池测试表明,PTFE多孔膜厚度为15μm时,制备的复合膜性能最好,在600 mA/cm2时输出电压为0.664 V,优于同条件下的美国杜邦的Nafion111膜.     

燃料电池用磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备及性能

采用浓硫酸作为磺化剂磺化聚醚醚酮,制备具有不同磺化度的磺化聚醚醚酮质子交换膜.实验结果表明,磺化聚醚醚酮质子交换膜具有理想的质子电导率和机械强度.当磺化度为86%(离子交换当量为2.48 meq/g)时,磺化聚醚醚酮质子交换膜的电导率为5.5×10-3 S/cm;磺化聚醚醚酮质子交换膜的拉伸强度为45.9 MPa.     

高温燃料电池质子交换膜的制备及性能

通过实验制备出能在高温状态下工作的、非水的质子交换膜,从而避免水的损失,介绍了实验过程.实验结果表明,Nafion和磷酸锆盐复合膜在高温下显示出良好的性能.最后对合成的膜进行了热力学和动力特征分析.     

质子交换膜燃料电池膜电极研究进展

膜电极(Membrane Electrode Assembly, MEA)作为质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)最核心的部件,为PEMFC提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所,直接决定了PEMFC的性能、寿命和成本.为了实现PEMFC大规模商业化发展,制备高功率密度、低Pt载量、长寿命、低成本的MEA尤为关键. MEA经历了从第一代到第二代的发展,目前已进入新一代有序化型的发展阶段,其性能、寿命得到大幅度提升,成本也不断下降.本文分析了三代类型MEA的优缺点,对开发高性能、长寿命和低成本MEA具有指导意义.     

质子交换膜燃料电池冷启动及性能衰减研究

通过单电池在不同低温操作条件下进行自启动试验,以考察电池在低温环境下的自启动能力。电池的操作条件模拟了发动机启动时空气被压缩引起的温升对启动的影响。通过极化曲线、SEM等考察了电池性能衰减的状况及衰减机理。结果表明:仅仅通过空压机压缩空气对电池进行预热在较低温度下启动发动机难以成功;操作条件对电池自启动有较大影响,加大进气流量、降低启动负载电流密度可以提高电池启动能力;电池在-5℃对负载的变化适应性较强,而在-7℃对负载的变化变得非常敏感;多次冷启动后,催化层表面发生了龟裂;碳纸表面PTFE颗粒发生了脱离,构成空隙骨架的碳纤维变得光洁,碳纤维在冰的冻涨应力的作用下被折断,扩散层的排水、导气能力降低,使得电池性能衰减。     

燃料电池用非氟质子交换膜研究现状

简要介绍了燃料的电池的定义及其特点。按照质子交换膜材料的不同,分类回顾了近年来非氟质子交换膜领域的研究进展,并对今后的研究趋势做了展望。     

重力对质子交换膜燃料电池性能的影响

目的观察重力在采用不同阴极和阳极相对位置时，对PEM燃料电池内水传递的影响，从而得出重力对其性能的影响．方法通过改变电子负载测定输出电压和电流，利用电压／电流密度画出极化曲线．结果对应着阴极在上。阳极在上和阴阳极并排放置这三种相对位置，电池温度、阳极气体加湿温度和阴极气体加湿温度在30℃～80℃之间同步变化，得出六组性能曲线．结论重力对PEM燃料电池内液态水的传递及其性能有影响，电极摆放位置的不同。重力对电池性能的影响程度不同．     

质子交换膜燃料电池动态模型研究

对近10年内PEMFC从单电池到电池系统的动态模型进行了简要介绍.提出了当前动态模型工作中存在的问题,指出模型工作可能的发展方向1)从微观角度更趋近真实地描述电池内部过程,建立包括电极过程动力学与电化学热力学等的机理模型;2)从宏观的角度发展用于全面描述质子交换膜燃料电池系统的联合数学模型.     

二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池的组装与性能

组装二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池,探讨水流速度、SO_2气体流速和流向等因素对二氧化硫-空气质子交换膜燃料电池电流和稳定开路电压的影响。实验结果表明,SO_2气流方向从下而上,水流方向从上而下为最佳;在单电池的电极面积为5 cm~2时,水流速度和气流分别为1.0,40 mL·min~(-1),电池的稳定开路电压和电流分别为220 mV和16.25 mA,达到最大值。     

Study on Production of Hydrogen from Methane for Proton Exchange Membrane Fuel Cell

The hydrogen production from methane for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) was studied experimentally. The conversion rate of methane under different steam-carbon ratios, the effect of the different excess air ratios on the constituents of the gas produced, the permeability of hydrogen under different pressure differences, and the effect of different system pressure on the reaction enthalpy of hydrogen were obtained. The results lay the basis for the production of hydrogen applicable to PEMFC, moreover, provide a new way for the comprehensive utilization of the coal bed methane.     

质子交换膜燃料电池动态特性的建模与仿真

详细分析了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的电化学模型。在此基础上，运用Matlab的Simulink仿真工具建立仿真模型，通过此模型，分析当电池电流出现阶跃变化时，电池电压、输出功率、消耗功率、电池效率以及电池等效内阻的动态响应。此模型也可用于电堆的仿真与设计，此研究对燃料电池的优化与控制可提供帮助。     

质子交换膜燃料电池封装结构安全性研究

针对电堆的封装对质子交换膜燃料电池结构安全性影响的问题进行有限元分析。用Catia建立5种不同螺栓封装位置的10层单体组成的质子交换膜燃料电池电堆的三维模型,用Hypermesh进行网格划分,以最佳封装力和螺栓封装位置为研究目标,在ANSYS Workbench软件中对不同螺栓封装的电堆端板进行应力分布和变形量的分析,选择其中变形量最均匀的电堆端板进行拓扑优化设计。结果表明,电堆模型的最佳螺栓封装力为2500 N,最佳螺栓封装位置在端板的中部位置,拓扑优化后的端板质量减轻14.82%,并对应力分布均匀性有一定提升。     

质子交换膜燃料电池系统建模和控制的综述

对质子交换膜燃料电池系统建模和控制方法进行了综述。首先概述了燃料电池各种系统级的模型和软件，对各个子系统的模型（电压、空气供应、水管理和温度）作了介绍；其次，对质子交换膜燃料电池各种控制方法进行了综述，包括传统方法、预测控制、模糊控制和神经网络控制；最后结合国内外相关研究成果，展望了燃料电池系统建模和控制的发展前景和研究方向。     

质子交换膜燃料电池流道尺寸的数值模拟

为了研究流道尺寸对质子交换膜燃料电池性能的影响,通过多物理场直接耦合分析软件COMSOL,建立了质子交换膜燃料电池三维模型。分析了流道宽度不变,流道宽度与脊宽度之比分别为1:1、1:2、1:3时对电池性能的影响,验证了建立模型的有效性与可靠性;进一步研究当脊宽度不变,流道宽度与脊宽度之比分别为1:1、2:1、3:1,综合考虑了电流密度、阳极氢气浓度及阴极氧气浓度等因素的影响分析。研究发现：流道宽度和脊宽度之比为1:1是燃料电池较理想的尺寸比,并且脊宽度变化比流道宽度变化对电池性能的影响大。     

质子交换膜燃料电池催化层气液两相流的建模及仿真

质子交换膜燃料电池中液态水含量的多少对电池性能具有十分重要的影响。考虑了质子交换膜燃料电池催化层中气液态水的影响,在假设电池内部保持等温、稳态的基础上建立了电池阴极一维气液两相流模型。运用MATLAB软件对电池内部不同的液态水饱和度、温度以及不同阴极进气压力对单电池输出电压的影响进行了仿真,得出不同条件下的电流密度和电压之间的关系曲线,将仿真结果与实验数据相比较,该结果与实验数据符合较好,可为车用燃料电池的优化与控制提供依据。     

梯度磁场对质子交换膜燃料电池工作性能的影响

质子交换膜燃料电池的工作性能与许多因素有关,由于氢气是抗磁性气体,氧气是顺磁性气体,通过外加磁场可以改变燃料电池的工作性能.采用永磁铁作为梯度磁场产生源,分析了梯度磁场对燃料电池的作用机理,设计了相应的实验方案,通过实验讨论了外加磁场对燃料电池的运行稳定性、极化曲线以及不同流量条件下输出功率的影响规律,以验证梯度磁场对提高燃料电池工作性能的有效性.     

考虑水膜结构的PEMFC团聚体二相流模型

液态水对催化层的影响是目前PEMFC的研究热点之一。团聚体模型是催化层研究中广泛采用的一种复杂模型,但目前的研究多集中在液态水对催化层孔隙率的影响,对团聚体模型的影响却很少。本文引入液态水对团聚体自身结构的影响,建立了能更加准确反映催化层结构参数影响的二维、气液二相变的阴极模型。计算分析结果显示液态水在团聚体表面形成水膜会阻碍氧气的扩散,从而导致在大电流密度（>5000A/m2）时,PEMFC极化曲线会快速下降,同时极限电流密度减小。     

质子交换膜燃料电池堆尾气冷凝回收的自加湿运行

分析了质子交换膜燃料电池堆进口的加湿水含量和出口气体的水含量,得出了电堆冷凝回收自加湿运行时冷凝器出口处温度的判别式。结果表明:自冷凝回收的温度仅与进气的过量系数有关。该方法简易可行,可用于实际车载工况和固定电站的高性能、长时间的自加湿运行。