模拟PEMFC环境下弹性体垫片材料老化研究

垫片材料的耐久性和稳定性对质子交换膜燃料电池(PEMFC)密封及其性能至关重要。采用实验的方法研究一种潜在的PEMFC垫片用材料—甲基乙烯基硅橡胶在两种模拟的PEMFC环境下的老化损伤情况。采用光学显微镜和傅里叶转换红外光谱(ATR-FTIR)技术研究试样在模拟的PEMFC环境下其表面形貌和其化学结构的老化损伤。实验结果表明:材料浸泡在模拟的PEMFC环境下发生老化损伤,试样质量损失随着老化时间的增加而增加;光学显微镜观察结果表明:试样表面形貌发生了显著变化,其老化损伤趋势表现为试样表面从光滑到粗糙,到产生微裂纹,再到裂纹扩展;ATR-FTIR实验结果表明,试样表面的化学结构发生了显著的变化。     

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。     

Improving of Micro Porous Layer based on Advanced Carbon Materials for High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell Electrodes

This work reports the study of four different carbon materials for their application as carbon material in microporous layers for high temperature proton exchange membrane fuel cells electrodes. The microporous layers were prepared with carbon black (a commercial one, Vulcan XC72), two different carbon nanofibers, CNF, (Ribbon and Platelet structure) and carbon nanospheres, all of them prepared in our lab. The microporous layers were characterized by XRD. The hydrophobicity, electrical conductivity, and permeability to different gases were also evaluated. The stability is an important issue to be overcome in the field of proton exchange membrane fuel cells. Thus, accelerated thermal and electrochemical degradation tests in phosphoric acid media were carried out to evaluate the stability of the different advanced materials tested under the same conditions. From all the performed essays, the carbon nanospheres were the best nano‐carbon materials because of the lower degradation degree shown by the microporous layer prepared with them and the good conductivity and permeability achieved, whereas CNF with a Platelet structure showed a low electrochemical stability due to their greater edge plane exposure which favors their corrosion.     

石墨颗粒级配对复合板导电及阻气性能的影响

通过模压工艺制备了石墨-酚醛树脂复合板。考察了不同石墨颗粒级配情况下复合板的导电和阻气性能。实验发现粒度比和体积分率对石墨聚合物复合板性能有重要影响。150目石墨和50目石墨配比,复合板导电性能出现先上升后下降的趋势,150目石墨和50目石墨的配比为0.05∶0.95时导电性能最好,而325目石墨和50目石墨配比,复合板导电性能出现单调上升的趋势。150目和325目石墨分别与50目石墨以0.01∶0.99配比时,复合板阻气性能达到最佳。     

PEMFC的自增湿膜电极结构和性能研究

设计并制作了一种新结构的质子交换膜燃料电池(PEMFC)自增湿膜电极。其特点是在催化层和扩散层之间建立水管理层(WML),WML由不同质量比的炭黑和聚四氟乙烯(PTFE)组成双层结构。为了减小气体反应物的扩散传质阻力,在WML的制作过程中加入了具有高分解温度和高溶解度的(NH4)2SO4造孔剂。用单体PEMFC的电流密度-电压曲线评价了膜电极在外增湿和自增湿方式下的极化特性;用环境扫描电子显微镜(ESEM)表征了膜电极的表面形貌和孔结构。实验结果表明,所制备的膜电极具有良好的水管理能力,在较宽的电流区域内具有良好的电化学性能。     

水热法制备PEMFC用Pt/CNT电催化剂

首次使用水热法制备用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的Pt/CNT。首先使用HNO3-H2O2体系对纳米碳管(CNT)进行预处理并用红外线(IR)光谱进行表征,结果表明,预处理过程打开了CNT端口并去除了大量杂质。在水热法实验中,反应温度和时间是决定铂颗粒大小的重要因素。样品的X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜法(TEM)分析表明:最优的反应条件是在140℃反应1.5h,此时铂颗粒的平均尺寸小于1.94nm,并且有着狭窄的粒径分布;催化剂中Pt的质量百分含量为40%。该水热法使用常规试剂H2PtCl6·2H2O和HCHO溶液,操作简单,是一个制备Pt/CNT催化剂较好的方法。     

一种奥氏体不锈钢在模拟PEMFC环境中的特性

由于低成本、高强度、易于加工成薄板及其耐蚀性,不锈钢被认为是用做质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板的理想材料。用电化学方法研究了一种奥氏体不锈钢在H2SO4和2mg/LF-水溶液中的腐蚀行为,测量了钝化膜与碳纸间的界面接触电阻。结果表明,这种奥氏体不锈钢在H2SO4和2mg/LF-水溶液中呈现明显的活化-钝化转变,随着H2SO4浓度降低,耐蚀性提高,界面接触电阻增大。     

高温PEMFC的性能衰减研究与一维数值模拟

以PBI/H3PO4体系高温质子交换膜燃料电池为研究对象,进行了500h恒负载条件下的连续寿命实验,运用电化学电位扫描技术和交流阻抗技术测试了电池在连续运行过程中的电化学活性面积(AEC)和电池内阻的变化,实验结果表明在500h的连续寿命实验中,电池性能衰减的主要原因是高温操作条件下由于催化剂的烧结造成的电化学活性面积的损失。同时,建立了基于高温体系的一维数学模型,利用电化学方法测试得到的两个重要参数——体交换电流密度和电池内阻作为模型输入参数,计算了电极扩散层的反应气体浓度分布,运用模型模拟了电池在连续寿命实验中不同时间的稳态极化曲线,模拟结果和实验结果基本一致。     

基于改进型RBF神经网络的PEMFC电特性建模

常规能源短缺的今天,开发利用新型清洁、绿色能源已成为各国科学家共同追求的目标。质子膜燃料电池（PEMFC）以其高功率密度,启动迅速,无污染等优点成为21世纪首选清洁能源系统。但其原理涉及热力学、电化学、流体力学、传质学等理论,形成一个非线性复杂系统,难以建立数学模型。因此,采用一种动态白适应网络即最近邻聚类径向基函数神经网络,它能够动态调节网络的规模和参数,具有较强的逼近能力以及自学习能力。并利用测试数据作为训练样本,在氢气流速给定的条件下,以空气（或氧气）压力和冷却水流速作为模型的输入量,电池的电压为输出量,建立了在工作温度为60℃和80℃时的PEMFC电特性模型。表明该方法具有简单、可行、精度高等优点。并为PEMFC控制系统的设计和电池性能的优化提供了基本依据。     

PEMFC用小型稳压变换器及其监控系统

设计了质子交换膜燃料电池(PEMFC)用稳压变换器及其监控系统.采用Boost、Buck串联拓扑结构为稳压DC/DC 变换器的主电路,对其工作原理进行了分析.介绍了监控系统的监控对象及其参数设定,研制出了样机.试验结果表明,该样机各项技术指标均达到使用要求,工作稳定可靠.