质子交换膜燃料电池密封系统热力耦合仿真研究

温度影响质子交换膜燃料电池（PEMFC）的密封性能和力学行为,因而影响其使用寿命和可靠性。为研究PEMFC在热力耦合下的密封性能和力学行为,建立PEMFC单电池和多电池结构的二维模型,研究密封系统在不同工作温度下的应力-应变分布,讨论橡胶密封圈压缩比、双极板错位和密封垫尺寸对PEMFC密封性能和力学性能的影响。结果表明：温度对密封圈的Mises应力和膜电极组件（MEA）框架接触压力有很大影响;在不同工作温度下单电池和多电池结构的密封性能相似,应力和接触压力分布差别也不大,因此单电池结构的研究结论可以推广到多电池结构;随着橡胶密封圈压缩比和密封圈尺寸的增加,燃料电池密封性能得到改善;而双极板错位会加剧MEA框架的变形;高应力区出现在橡胶密封圈的横截面内部,容易导致局部应力集中和密封失效。     

金属极板燃料电池电堆接触压力的分布规律

燃料电池电堆装配质量影响反应气体密封、电堆内阻和流道侵入,从而影响整个电堆系统的性能。基于商用有限元软件ANSYS,研究了包括端板、密封垫圈在内的金属极板质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆三维装配模型的仿真建模方法,分析了层叠式电堆组件间接触压力分布及其传递规律。组装了金属极板燃料电池实验电堆,并进行了电堆装配实验,验证了本文建模方法的准确性。     

质子交换膜燃料电池绑带式装配建模分析

绑带装配的质子交换膜燃料电池(PEMFC)较传统的螺杆式装配具有结构紧凑、功率密度高的特点。电池中膜电极(MEA)与极板接触压力对电池的性能至关重要。本文运用ABAQUS软件建立绑带型PEMFC的3维有限元模型,研究了绑带数量、厚度、分布以及端板圆角半径对MEA接触压力的影响规律。研究表明,对于车用440mm×135mm规格的金属极板电池,4根和5根绑带的MEA接触压力均匀性较好;端板圆角半径增大,MEA接触压力均匀性略有降低;绑带位置分布越不均匀,MEA接触压力均匀性越差。     

国产质子交换膜燃料电池关键材料及部件的电池组性能

基于质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)技术的实际应用要求,针对其国产关键材料和部件(包括电催化剂、质子交换膜、炭纸、双极板)进行性能表征、电池组制造工艺开发和电池组应用性能研究,结果表明:国产炭纸、复合质子交换膜、复合催化剂以及薄型不锈钢双极板无论是在基本性能还是在电池组应用方面都达到了国外同类产品的水平,能够满足车用燃料电池发动机的要求。目前,复合质子交换膜产品已实现批量生产,炭纸和复合催化剂已具备批量制造能力,薄型不锈钢双极板的批量制造工艺和设备已进入开发阶段,采用这些国产材料和部件组装的PEMFC车用发动机正在进行实际应用考核。初步预计:通过这些国产关键材料和部件的应用,可以将PEMFC的材料成本降低50%以上,同时还可以大幅度提高电池性能,为推进我国燃料电池产品的实际应用奠定基础。     

锁紧螺栓数目及位置对PEMFC双极板变形影响

质子交换膜燃料电池的组装设计及方法对电池性能的优劣,有着非常重要的影响。燃料电池在组装时,由于受到螺栓锁紧时外力的作用,各组件之间容易产生变形。针对锁紧螺栓个数及位置,采用有限元ANSYS/WORKBENCH分析软件建立单质子交换膜燃料电池模型,对螺栓锁紧所造成的双极板内部位移变化情况进行数值模拟,获得双极板沿给定路径的位移变形分布和翘曲度情况,对比分析了锁紧螺栓数目及位置对双极板翘曲变形的影响,得出了最佳锁紧螺栓个数及位置,并提出了一种能提高质子交换膜燃料电池性能的封装方案。     

质子交换膜燃料电池双极板研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的连续发电装置,具有能量转换效率高、噪音低、结构简单、发电效率受负载变化影响小等优点,被公认为是21世纪最有发展前景的洁净、高效的发电技术。双极板是PEMFC的关键部件之一,其质量的好坏直接决定电池堆输出功率的大小和使用寿命的长短,其成本占电池堆总成本的40%左右,高成本正是PEMFC的商业化的一大障碍。本文研究了质子交换膜燃料电池双极板流道设计对气体分布均匀性及流道阻力的影响,本文的研究具有重要意义,为提高燃料电池性能提供了参考。     

PEMFC性能研究与仿真

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)具有能量转换效率高、相对于传统发动机振动低和噪声低及使用可靠等优点,逐渐成为研究的重点。燃料电池的系统建模需要掌握电学、电化学、热力学、流体力学等知识,提高了系统研究的门槛和复杂度。为了研究质子交换膜燃料电池系统特性,借助AMESIM建立一种燃料电池模型,在此基础上,分析燃料电池的电学特性。发现质子交换膜的厚度、气体扩散层和空气流速对电池性能有影响。     

铬掺杂的金属极板氮化钛膜层制备及性能

燃料电池金属极板迫切需要提高导电性和耐腐蚀性。本文运用非平衡磁控溅射离子镀(CFUBMSIP)工艺对316L不锈钢双极板进行表面改性。以氮化钛为基础膜系,掺入铬元素制备钛铬氮膜;通过SEM、XRD和XPS等分析方法揭示铬元素掺杂对氮化钛物相和成分影响规律;最后对铬钛氮膜导电性和耐腐蚀性能开展实验研究。研究表明,当钛铬比例为3:1时所得钛铬氮膜具有最优性能。     

质子交换膜燃料电池的三维流场技术研究进展

流场板是质子交换膜燃料电池的核心组件之一,其流场结构直接影响着反应气体的传输分配以及燃料电池的排水与散热性能.常规流场往往存在水分布不均和局部热点的现象,容易导致燃料电池输出性能退化,甚至造成系统崩溃.三维流场具有优异的传质传热特性,能有效提高质子交换膜燃料电池性能,已成为当前研究热点.根据流场结构形式的不同,三维流场...     

新型涂布效果在线检测仪的研制

电池极板的涂布效果检测是电池生产中的重要环节.利用步进电机、限位开关、同步带轮和自行开发的图像采集处理系统,研制出一种用于在线检测极板涂布效果的新型检测仪,实现了对极板涂布效果的往复检测和信息反馈,具有操作简单和易于维护等优点,为前期的生产工艺改进提供了参考依据,为电池的生产质量提供了保证.     

高性能钾离子电池负极材料研究成功

正中国科学院深圳先进技术研究院材料所(筹)光子信息与能源材料研究中心在新型高性能钾离子电池的负极材料研究方面取得新进展:理论预言苯乙烯材料是一类非常有前景的钾离子电池负极材料,基于大量的计算模拟数据指出苯乙烯材料在用作钾离子电池负极材料时具有非常高的理论比容量和非常小的体积膨胀。因为在成本和环境等方面的优势,钾离子电池被认为是锂离子电池的最佳替代者之一,从而被广泛研究;然而在负极材料端,因为钾具有比锂大的离子半径,使得常用的石墨、硅和     

柔性电池组件贴膜设备研发与设计

本文阐述了在锂电行业电池组件生产中能兼容不同宽度不同长度底板膜的切割、粘贴及辊压设备的设计目的、工艺方案选择、主要结构特点和工作原理。旨在进一步降低工厂运营成本,提高产品质量,提升生产效率,能够快速适应不同电池模组的贴膜工艺。该研究对贴膜设备各个机构进行详细阐述,并对关键机构作出详细说明,使设计者更加明确设计工艺内容、确定设计方向,本文相关产品尺寸数据只是参考,不作为设计的依据,仅提供理论支持,对电池生产商具有一定的指导意义。     

NAS电池储能装置及其应用

钠硫电池(NAS)具有容量大、体积小、寿命长、效率高,制备成本低,不受场地限制,维护方便等优点.钠硫电池已用于削峰填谷、应急电源、风力发电等可再生能源的稳定输出以及提高电力质量等方面,是各种二次电池中成熟且具潜力的一种储能电池.介绍了NAS电池的工作原理及其特性,概述了NAS电池在国内外的研究和商业应用情况, NAS电池储能系统的运行与控制,阐述了应用前景.     

燃料电池发动机水热管理仿真分析综述

质子交换膜燃料电池作为燃料电池中重要的一种类型,可应用于汽车及小规模的发电站与便携式移动能源,是当前新能源领域的研究热点。主要针对质子交换膜燃料电池不同维度的水热管理仿真模型的研究现状进行了论述。     

MBR在污水处理中存在问题的研究

作为污水处理中一种新型高效的处理工艺，膜生物反应器(MBR)具有很多优势，但也存在膜污染和高能耗等问题，本文主要就膜污染中的污染现象、影响因素、数学模型、膜清洗等进行分析研究。     

车用质子交换膜燃料电池仿真技术路线

质子交换膜燃料电池作为燃料电池中重要的一种类型,可应用于汽车及小规模的发电站与便携式移动能源,是当前新能源领域的研究热点。主要针对车用质子交换膜燃料电池的三种仿真参数模型就当前国内外研究进展进行论述。     

绿能车辆动力系统之控制导向模型化与最佳控制器设计整合

本论文针对三种绿色能源:氢气质子交换膜燃料电池、超电容以及锂离子电池,进行以控制器设计及实时仿真为导向之系统动态建模;并分析线性、非线性之时域与频域之关系。之后,发展出一套优化系统匹配/能量管理之整合型系统设计流程,以利后续电动载具应用。系统建模理论部分主要采取适用于多重领域之键结图法则,以进行各能量源之建模。质子交换膜燃料电池部分,首先由创新之键结图组件得到高非线性动态,而后进行系统参数鉴别与线性化。超电容先以交流阻抗法建     

薄型流场对燃料电池性能影响的交流阻抗谱法研究

利用交流阻抗测试法对采用薄型流场板的氢气/空气质子交换膜燃料电池单电池进行了表征。实验结果表明,阴极侧流场深度的减小对燃料电池性能的影响几乎可以忽略,而阳极侧流场深度对燃料电池性能的影响则相对较大。对具备不同形式与深度的阳极流场的单电池进行交流阻抗测试和分析,并辅以极化曲线测试,发现阳极侧流场深度从1.0mm的单路蛇形流场降低至0.4mm后,燃料电池在大电流密度下的性能受到影响;当电流密度大于1200mA/cm2时,电池的浓差极化进一步加剧,导致电池的最大输出功率略有下降。尽管如此,由于极板总体厚度的减小,电池的体积比功率密度仍得到很大程度的提高。     

电子探针在Fe-Ni-Cr基合金双极板表面结构研究中的应用

质子膜燃料电池是极具发展潜力的绿色能源,金属双极板取代石墨双极板是燃料电池发展的趋势.但金属双极板耐腐蚀性差,接触电阻高,需要对金属表面进行改性处理.本文采用新型Fe-Ni-Cr合金,对合金双极板进行表面化学改性处理.利用电子探针(EPMA)对改性后的金属双极板表面形貌及成分进行分析,结合不同工艺条件下材料耐腐蚀性能,认为金属表面经改性处理后形成致密氧化膜能提高双极板耐腐蚀性能,电子探针探测金属表面多个微区的氧含量,以及氧含量分布的均匀性,能够合理解释不同工艺条件所引起的耐腐蚀性能的差异.     

质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备

采用直接涂膜技术,利用40%的Pt/C催化剂制备质子交换膜燃料电池的核心部分膜电极组件.通过优化催化层中催化剂与Nafion的最佳质量比以及扩散层的微孔层的聚四氟乙烯与碳粉的质量比以改进燃料电池的性能,并利用循环伏安、电化学阻抗谱等技术对电池的电化学性能进行了表征.研究表明催化层中催化剂与Nafion的最佳质量比为3∶1时,对应的电池的活性面积最大,欧姆阻抗和电荷传递阻抗最小.另外,研究还发现在恒电流条件下,当扩散层的微孔层中碳粉质量分数为2 mg/cm2,碳粉与PTFE的质量比为7∶3时,放电性能最佳.