质子交换膜燃料电池的效率分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的效率受燃料电池设计和操作条件等多种因素的影响.文中建立了能够计算PEMFC效率的单电池稳态模型,模型预测的极化曲线与实验结果吻合良好.利用该模型研究了电池工作温度和工作压力对电池效率的影响.计算结果表明,在电池工作温度范围内,提高电池工作温度,有利于提高电池效率,高电流密度电池效率增幅要大;提高阴极和阳极工作压力均有利于电池效率提高,但阴极的工作压力增加对提高电池效率作用明显.     

质子交换膜燃料电池的结构和运行参数对其性能的影响

讨论了电池结构参数和运行条件对质子交换膜燃料电池性能的影响．结果表明：催化层中的聚四氟乙烯（PTFE）和质子导体Nation的含量都有一最佳范围；良好的电池结构和尺寸将有利于反应气体的均匀分配、产物的排出以及电池内阻的减小．增加气体扩散层的孔径、孔隙率可增大电池的极限电流密度；降低电解质膜的厚度将会降低电池的内阻；提高运行温度和压力将改善电池内电化学反应和传质；加湿温度、反应气体的流速应适应电流密度的变化．     

蛇形流场PEM燃料电池膜中水传输的三维模拟

膜中水传输对质子交换膜燃料电池的性能具有极其重要的影响.文中建立了一个蛇形流场单电池的三维模型,研究了低电流密度下燃料电池运行温度、膜厚、过量系数、相对湿度、操作压力和电流密度等运行条件对膜中水含量的影响.计算结果表明:随着温度的升高,膜中的水含量先升高后降低;减小质子交换膜膜厚和过量系数.增大相对湿度、操作压力和电流密度.膜中的水含量增加.电导率就会增加,从而促进电池性能提高.     

氢-溴储能电池膜电极的研究

采用不同电池结构组装成氢-溴储能单电池,进行恒电流充放电测试.通过分析电解性能、充放电循环性能和电池效率,研究了不同电池结构对电池性能的影响.结果表明,膜电极的CCM两侧喷涂催化剂,阴极为担载Pt/C催化剂(担载量为1 mg/cm~2)的碳毡的电池在200 m A/cm~2电流密度下进行充放电测试,其催化活性最高,电极反应效率最快,电池的充放电性能最好,能量效率和电压效率达到68.9%和70.3%.     

微观磁场促进质子交换膜燃料电池内氧传递和还原反应研究

项目摘要：质子交换膜燃料电池在进入商业应用之前必须解决成本、寿命、可靠性和氢源等问题．其中提高放电性能是解决其它问题的前提，而阴极空气传递速度慢和氧气还原反应速度相对于阳极氢气氧化反应较低又是控制放电性能的关键．本项目采用碳包敷硬磁纳米材料为载体制备负载铂催化剂，把微磁场引入质子交换膜燃料电池阴极；     

流道脊宽对梯形流道质子交换膜燃料电池性能的影响

为研究流道脊宽对梯形截面流道质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)性能的影响,通过流体动力学软件Fluent搭建PEMFC三维模型,分析单通道燃料电池宽度为2 mm,流道脊宽分别为0.6、0.8、1.4、1.6 mm时质子交换膜温度、阴极气体扩散层和催化层...     

扩散层孔隙率随机分布对燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池气体扩散层孔隙率分布对燃料电池性能有着重要的影响.本文建立了一个单电池的三维模型,分别考虑了扩散层孔隙率均匀统计分布、正态统计分布、单一统计分布三种情况,并用有限控制体法对模型进行了求解.结果表明,孔隙率单一统计分布扩散层的传质性能最好,且MEA的温度分布最均匀,因此电池性能最好.     

质子交换膜燃料电池的性能

以铂黑为电催化剂、Nafion117为电解质制备了膜&电极组件,分析了电极结构、电池结构和操作条件对质子交换膜燃料电池性能的影响.结果表明:催化层内的聚四氟乙烯(PTFE)和质子导体Nafion的含量都有一最佳值范围,过少不能提供足够的反应界面、气体通道和质子通道;过多则增大气体和质子传递阻力.提高温度和压力将改善电池内电化学反应和传质.良好的电池结构将有利于电池排水和减小接触电阻.     

基于虚拟仪器的燃料电池电压检测监控系统

为了保证燃料电池的正常工作,必需对燃料电池电堆的每节单体电池的工作电压予以实时监测.为此以虚拟仪器编程软件LabVIEW 8.5为开发平台设计了燃料电池电压检测系统的上位机监控系统软件,上位机监控系统通过接收来自下位机测量到的燃料电池的电压,能够很直观地以波形图表、波形图和表格的直观形式将燃料电池的工作电压展现给用户,而且还可以根据用户需要以文本文件的形式定时地保存电池的电压参数,以便用户查询并分析电池的历史.通过对一个直接甲醇燃料电池电堆的实验测试,结果表明本系统能够有效的完成对燃料电池电压的实时采集、显示和保存.     

基于虚拟仪器的燃料电池电压检测监控系统

为了保证燃料电池的正常工作,必需对燃料电池电堆的每节单体电池的工作电压予以实时监测.为此以虚拟仪器编程软件LabVIEW8.5为开发平台设计了燃料电池电压检测系统的上位机监控系统软件,上位机监控系统通过接收来自下位机测量到的燃料电池的电压,能够很直观地以波形图表、波形图和表格的直观形式将燃料电池的工作电压展现给用户,而且还可以根据用户需要以文本文件的形式定时地保存电池的电压参数,以便用户查询并分析电池的历史.通过对一个直接甲醇燃料电池电堆的实验测试,结果表明本系统能够有效的完成对燃料电池电压的实时采集、显示和保存.     

Two Models of DMFC under Effects of Cathode Humidification Temperature and Anode Flow Rate

This paper introduced a novel self-adjustment of parameters of fuzzy neural networks. Then, the effects of cathode humidification temperature and anode flow rate on the performance of direct methanol fuel celI（DMFC） were described respectively. Two dynamic performance models of DMFC under the influences of cathode humidification temperature and anode flow rate were established separately based on fuzzy neural networks. The simulation results show the accuracy of the models established is satisfactory.     

PEM燃料电池阴极三维数学模型的建立与计算

建立了蛇形流场和点状流场的阴极三维数学模型，通过耦合求解质量守恒方程、动量守恒方程、Darcy方程和多组分气相扩散的Stefan—Maxwell方程，计算出两种不同流场阴极的催化层与扩散层交界面的O2和H2O浓度的分布、扩散层中间的气体速度分布．通过实验比较蛇形流场和点状流场的单电池性能．     

质子交换膜燃料电池的温度场模拟

根据流体动力学和传热学理论，建立了一个三维的单流遭质子交换膜燃料电池模型，并应用有限控制体法对模型进行求解．总体而言，单流道燃料电池温差很小，阳极催化层温差大致在1K左右，而阴极催化层温差小于3K，最高温度发生在阴极催化层的反应区．将模拟的结果与有关的试验结果做了比较，结论相一致．     

Modified Nafion polymer electrolyte membranes by ��-ray irradiation used in direct methanol fuel cells

Modification of the commercial polymer electrolyte membrane (PEM) Nafion 117 by ??-ray irradiation to produce an improved proton exchange membrane for direct methanol fuel cells (DMFCs) was described. The Nafion 117 membrane was exposed under ??-ray irradiation circumstance with the irradiation doses from 10³ to 10⁵ Gy. Subsequently the properties of the membrane itself, in terms of swelling ratio, water uptake rate, proton conductivity and methanol permeability, together with the performance of its membrane electrode assembly (MEA) in DMFC were analyzed and contrasted with the untreated material. When the Nafion 117 membrane was exposed under ??-ray irradiation circumstance, the degradation and crosslinking reactions occurred at the same time. Specific scopes of the ??-ray irradiation dose may cause the membrane crosslinking, thus reduce the membrane swelling ratio and decrease the methanol crossover. By reducing the membrane swelling ratio and methanol permeation, the single DMFC with the modified Nafion 117 membrane produced reasonable power density performance as high as 32W/m² under 2mol/L methanol solution at room temperature.     

大功率空冷自增湿PEMFC温度控制方法

为研究大功率空冷自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC)温度控制对电堆输出性能的影响,分别采用模糊控制、PID控制、模糊-PID切换控制、自适应模糊PID控制对电堆进行试验测试.实验结果表明,不同控制方法在负载变化时的动态响应特性存在较大差异:模糊控制对电堆输出性能影响较大,在大电流输出时会造成明显的浓差极化;模糊控制、PID控制、模糊-PID切换控制在负载变化时动态响应存在较大的超调量,调节时间长;模糊自适应PID控制超调量小,调节时间短.与PID温度控制相比,自适应模糊PID温度控制超调量降低了75%,调节时间加快了20%.综合考虑调节时间、超调量、稳态误差、电堆输出性能等因素,自适应模糊PID温度控制有利于提高大功率空冷自增湿PEMFC输出特性.      

考虑燃料电池老化的多堆自适应功率分配方法

为延长多堆燃料电池系统（multi-stack fuel cell system,MFCS）使用寿命,保证运行过程中各电堆总体退化性能逐渐趋于一致,针对大功率质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell, PEMFC）系统,提出了一种考虑电堆老化的MFCS自适应功率分配方法. 在MFCS运行过程中,由于燃料电池输出功率会随不同运行条件而动态变化,导致每个电堆老化程度通常不一致,因此提出量化指标电压退化程度（voltage degradation degree,VDD）来表征燃料电池在运行过程中电堆的老化程度;还采用燃料电池半经验模型来模拟老化对电堆性能的影响;最后,通过RT-LAB搭建硬件在环（hardware-in-the-loop,HIL）测试平台,与原有的功率分配方法做比较. 结果表明:该方法能协调各燃料电池出力,减缓电堆老化速率;相较于平均功率分配方法和链式功率分配方法在MFCS的氢耗量上分别降低了13.59%和8.04%.      

闭孔泡沫铝的孔隙结构及压缩变形过程研究

为研究压缩空气法制备的闭孔泡沫铝的孔隙结构对其力学性能的影响和压缩变形过程,测量了不同密度泡沫铝的孔隙结构参数,分析了孔径与密度关系,并通过单向压缩实验,分析了密度对破碎压力和杨氏模量的影响以及裂纹产生与扩展情况.研究结果表明：泡沫铝的孔径与密度的关系为ρ＊=0.108 5＋4.862 7exp（-0.608Φ）.在单向压缩时,随着压缩载荷的增加,孔壁在弹性变形后产生弯曲,裂纹首先在应力集中的缺陷处和孔壁强度低的位置产生向次薄弱的孔壁扩展.应力水平越高,裂纹扩展越快;当孔的壁面上存在强度差异时产生褶皱;裂纹贯穿孔壁后发生失稳断裂并可能发生转动,并导致塑性坍塌;应变继续增加,孔穴破碎进入致密化过程.     

质子交换膜燃料电池流场模拟与结构尺寸优化

为了获得较优的流道深度、流道宽度和流道岸的宽度,采用计算流体动力学软件Fluent的PEM模块进行数值模拟和优化设计.研究表明,直流道流场的深度为0.4 mm时,电池性能最好,流道岸的宽度不要超过流道宽度,较优的流道宽度和流道岸的宽度比值为1:1和2:1.     

车用燃料电池阴极系统特性

为了提高车用燃料电池效率,利用物质守恒定律、理想气体方程以及二维插值法,建立了含有双螺杆压缩机的阴极系统模型,讨论了根据压缩机转速、压缩比计算其流量和功耗的方法,分析了环境因素对压缩机的影响以及阴极流体特性、过氧比特性.研究结果表明:在设定条件下,随过氧比变化,系统输出功率和效率的变化规律一致,最优过氧比为2.5,电能利用效率随过氧比增大呈单调下降趋势;工作温度升高能够提高系统输出功率,但会使系统电能利用效率有微弱降低,工作温度由60 ℃升到80 ℃时,系统输出功率增长5.03%,电能利用效率降低0.57%.