原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。     

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.     

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：催化层内的聚四氯乙烯（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．     

质子交换膜燃料电池的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效节能、工作稳定、环境友好的理想发电装置。质子交换膜是PEMFC的核心组成，是一种选择透过性膜，主要起传导质子、分割氧化剂与还原剂的作用。PEMFC用电催化剂主要为铂系电催化剂，为降低成本，提高铂的利用率和开发非铂系催化剂是今后催化剂研究的主要方向之一。文中对PEMFC电极的制备技术和电池的水管理、热管理方法等作了简要介绍。     

基于水传递的质子交换膜燃料电池动态响应过程模拟

项目摘要：质子交换膜燃料电池很多情况下应用于变负载工况．尤其有液态水存在时,气体传质速度与与电子传递速度不一致,导致电池结构和性能受损、寿命降低。本课题基于质子交换膜燃料电池在物理尺度上的划分（膜或扩散层、电极、单电池）,采用多尺度建模方法研究两相水传递情况下的动态响应特性．采用格子玻尔兹曼方法探讨负载变化时水相变机制,     

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.     

Pt／Nafion界面氧还原电极动力学

针对质子交换膜燃料电池所用的含有铂黑或碳载铂电催化剂的多孔气体扩散电极，采用循环２伏安技术和塔菲尔曲线法，以氢、氧为反应气，对不同温度和压力下的Ｐｔ／Ｎａｆｉｏｎ界面的氧还原电极动力学进行了研究。     

基于数据驱动的质子交换膜燃料电池寿命预测

质子交换膜燃料电池发电技术是极具应用潜力和工业前景的技术,对质子交换膜燃料电池进行寿命预测是其走向商业推广应用的重要一环. 从质子交换膜燃料电池的退化特性及输出特性出发,分析系统及环境因素是如何影响其退化的;阐述了基于数据驱动的寿命预测方法的研究现状,着重对基于神经网络算法的寿命预测进行了综述;分析了寿命预测算法存在的不确定性来源;最后,对质子交换膜燃料电池的寿命预测研究进行了展望,阐明当前存在的经验数据有限、缺乏对瞬态过程的建模、难以实现在线预测等问题,尤其机车用大功率质子交换膜燃料电池的寿命预测仍存在诸多难点.      

直接甲醇燃料电池的单电池实验测试及性能优化

以新型阻醇材料Na2Ti3O7/Nafion复合膜为质子交换膜,利用热压法制备膜电极（MEA）,对直接甲醇单电池进行测试.考察了电池温度、阴极加湿温度、甲醇浓度、甲醇流速和空气流速5个参数对直接甲醇燃料电池极化曲线性能的影响.实验结果表明,电池温度对电池性能的影响较为明显,提高电池温度有利于得到较好的电池性能.甲醇浓度对电池性能影响也比较明显,较低甲醇浓度有利于提高电池性能.甲醇流速和空气流速对电池性能的影响较小,阴极加湿温度对电池性能几乎没有影响.通过分析优化,该直接甲醇燃料电池的电池性能最佳工作条件是在80℃情况下,低电流密度工作区采用较低浓度甲醇溶液,高电流密度工作区采用高浓度甲醇溶液.     

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.     

氢燃料电池动力船舶关键技术综述

梳理了当今世界上现有氢燃料动力船舶类型，总结了氢燃料动力船舶的特点，分析了氢燃料电池动力船舶关键技术的研究现状，包括:标准规范、动力源、氢制取、氢储存与氢安全；结合船舶的航行环境、结构与运行工况等，提出了氢燃料电池动力船舶各关键技术所面临的挑战，以及应对挑战的措施建议。研究结果表明:目前，全球氢燃料动力船舶数量有限，多为内河湖泊小型客船，以氢燃料电池为主要动力来源，主要采用35 MPa高压气瓶存储氢燃料；氢燃料电池动力船舶的相关标准规范仍处于制定阶段，可参照氢燃料电池汽车建造、测试和使用方面的标准规范要求；氢燃料电池主要以质子交换膜燃料电池(PEMFC)应用最为广泛，催化剂、双极板、膜电极以及密封材料等均对PEMFC性能具有重要影响；为提高燃料电池对船舶的适用性，建议发展大功率燃料电池模块，并开展燃料电池在湿热、盐雾、倾斜、摇摆状态下的环境适应性研究；中国的制氢产业目前仍以煤炭制氢为主，应大力发展可再生能源制氢。短期内，高压气态储氢是最可行的船上储氢方式，应研究轻质、耐压、高储氢密度的新型储罐，提高储氢密度和安全性；为保证氢燃料电池动力船舶安全性，应综合运用定性和定量风险分析方法，明确风险场景，对氢泄漏、扩散、燃烧与爆炸的发展规律与后果进行仿真分析与风险评估，并提出风险缓解措施。      

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.     

应用于质子交换膜燃料电池的数值优化方法

将具有全局搜索能力的遗传算法应用于质子交换膜燃料电池（PEMFC）扩散电极的性能优化,通过对PEMFC单体建立二维稳态数值计算模型,在ISIGHT-FD软件平台上利用径向基函数（RBF）神经网络拟和模型,在相应的设计空间内生成RBF拟和曲面,调用多岛遗传算法（MIGA）对RBF拟和进行遗传搜索,得到了阴极扩散层厚度、孔隙率和渗透率的最优值,通过优化前后的氧气浓度和输出性能比较,表明这些参数可改善气体扩散层的传质性能.     

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.     

大功率PEMFC空气系统电流跟随分段PID控制方法研究

为优化大功率燃料电池系统空压机控制效果,基于离心式空压机系统模型,提出了大功率质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)空气供给系统的电流跟随分段PID控制方法.该方法以离心式空压机响应特性为基础,以实际工作电流为跟随目标,在动态响应与稳态控制阶段采用不同的PID参数进行闭环控制,并进行了模拟仿真研究.最后,在实验室已有的150 kW燃料电池系统基础上的实验验证,模拟仿真与实验验证结果表明,仿真模型计算误差控制在5%以内,准确的反映了离心式空压机与空气供给系统的特性,所提出的大功率PEMFC空气供给系统的电流跟随分段PID控制方法不仅能够满足PEMFC电堆稳态控制要求,同时将动态响应时间缩短至3 s以内,控制效果良好.