质子交换膜燃料电池气体扩散层测评技术研究

以质子交换膜燃料电池为代表的氢能利用技术为实现“双碳”目标提供了重要解决方案，气体扩散层作为燃料电池的核心组件之一，承担了传输反应物及反应产物、导电、导热等具体功能，在工作过程中蕴含着“气—水—热—电—力”复杂多物理场的共同作用，其性能直接影响到燃料电池整体输出特性。因此，开展燃料电池气体扩散层测评技术研究对于提供气体扩散层的设计选型，支撑行业产品横向对比，指导产品正向开发具有十分重要的实践意义。     

质子交换膜燃料电池阴极扩散层若干参数仿真研究

运用基于商用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件Fluent及其质子交换膜燃料电池模块,建立质子交换膜燃料电池三维稳态数学模型,考察了膜电极中阴极扩散层孔隙率和厚度对燃料电池性能的影响。通过对扩散层内部三维流场的分析,验证了阴极扩散层孔隙率和厚度的变化对反应气体从流道到扩散层和催化层的气体扩散量的影响以及对扩散层和流道内液态水的排出情况的影响,进而影响了燃料电池电化学反应的活跃程度和电池整体性能。在Fluent软件环境下通过对比扩散层不同孔隙率和厚度下的内部流场及电池性能,选择合适的参数可以显著改善扩散层的传质特性,使燃料电池获得最佳性能。     

质子交换膜燃料电池性能热管理研究概述

正质子交换膜燃料电池的性能对温度非常敏感,温度能够直接影响燃料电池内部水成分的运输,同时也会影响质子交换膜气体的渗透性;另外温度还将对催化剂的活性、燃料气体的扩散及"水淹"现象产生显著影响,对燃料电池温度管理的研究能够有益于提升质子交换膜燃料电池性能的提升。     

车用燃料电池发动机模型搭建及仿真研究

利用AMESim搭建质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机单电池和电堆瞬态仿真模型,同时利用某80 kW质子交换膜燃料电池电堆试验数据验证了该仿真模型的正确性,为燃料电池的仿真及预测分析提供了一种新的工具.通过此模型研究了燃料电池电堆的运行参数如气体压力、温度等对电堆性能的影响,同时也预测了阳极侧杂质气体含量对电堆性能的影响.     

法国研制超低铂含量的燃料电池电极

法国MHS Equipment SAS公司的下属MHS能源部门2009年6月9日宣布，其制造出了超低铂含量（0．1μg／cm^2）的质子交换膜燃料电池电极。 该研究是在奥尔良大学的格雷米实验室进行的，利用磁控溅射技术，将铂喷射到其E—Tek气体扩散层上。     

质子交换膜燃料电池堆运行参数优化设计

采用田口法对质子交换膜燃料电池堆的运行参数进行优化,利用L16(45)正交表安排试验方案,在5kW质子交换膜燃料电池堆上进行电堆性能测试.对电堆输出特性的信噪比(SN比)进行方差分析,结果表明气体压力和电堆温度是高度显著因素.给出了运行参数的优化值及电堆最佳性能的置信区间,并进行了试验验证.     

燃料电池发动机系统空气加湿器实验研究

由于质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能受反应气体的湿度影响很大,进气湿度必须加以控制,其大致范围应高于80%,低于100%。电解质的质子传导能力与水含量成正比,但水分含量又不能过高,否则会引起电解质淹没。当PEMFC在不加湿的情况下,工作温度升高60℃时,反应气体会非常干燥,这对质子交换膜是灾难性的,所以对反应气体加湿必不可少。通过实验证明了某型加湿器能够满足车用燃料电池发动机的需要。     

燃料电池客车电池成本及推广难题解读

正燃料电池客车成本中最关键的是燃料电池系统成本。而燃料电池系统成本由燃料电池堆、空气供给系统、氢气供给系统、冷却排水系统及电能控制系统等部分组成,其中,电池堆成本占比高达61%。电池堆成本则由催化剂、质子交换膜、双极板和气体扩散层组成,其中,催化剂成本占比高达53%,其它材料占比较为平均,约为10%左右。     

质子交换膜燃料电池核心组件分析

膜电极和双极板是影响质子交换膜燃料电池性能的关键组件,也是质子交换膜燃料电池实现商业化的必要条件。文章对质子交换膜燃料电池的工作原理、结构进行了分析,重点对质子交换膜燃料电池的膜电极、双极板等几大关键部件进行了讨论。     

车用质子交换膜燃料电池性能仿真与试验研究

总结了燃料电池极化曲线的半经验公式,利用某80kW质子交换膜燃料电池试验数据来拟合公式中的相关系数,同时利用Matlab/Simulink软件建立了质子交换膜燃料电池堆的仿真模型,为燃料电池发动机系统的仿真和分析提供了一个重要工具。通过此模型可以研究燃料电池电堆的运行参数如气体压力、温度、当量比等对电堆性能的影响,从而有助于研究整个燃料电池发动机系统的性能。     

氢燃料电池汽车发动机关键技术研究现状及趋势展望

针对国内外氢燃料电池汽车发动机的电堆及其关键组件、关键零部件及水热管理技术,总结了其研究现状和发展趋势。在电堆及其关键组件研究方面,为进一步提高电堆功率,降低电堆成本,可着手于有序化膜电极制备工艺的研发,发展低铂催化剂以及探究金属双极板及其涂层技术。在关键零部件研发方面,空气压缩机和氢气循环泵将朝着大流量、小型化等方向发展。在水热管理研究方面,优化双极板流场和气体扩散层的微孔结构,采用复合控制策略等方式有利于燃料电池的水热管理。     

水冷PEMFC热管理系统建模和控制

为了维持质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）工作在合理的温度区间,文章首先建立了PEMFC热管理系统的电堆温度模型和电堆冷却回路模型,然后建立了PEMFC本体模型,并进行了本体模型的验证,采用基于Bang-Bang控制的热管理控制策略,并进行了离线仿真和快速控制原型试验。结果表明：在不同的电流负载变化的情况下,电堆能够很好地保持在目标温度（70±1）℃,散热器冷却水温度保持在目标温度（70±2）℃,达到了预期的控制效果。     

质子交换膜燃料电池系统阳极尾排策略研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有发电效率高、运行温度低、启动速度快、结构简单、可靠性高等优点,基于其优点近几年得到了快速的发展。由于工作时水汽渗透作用,导致阳极惰性气体和水的积累,其长时间无法排出将降低电堆的性能以及使用寿命。文章给出了脉冲式尾排策略的优化方向,可以有效排出尾气,提高燃料利用率,从而保证PEMFC的性能。     

车用燃料电池发动机热管理系统研究

建立了车用燃料电池发动机热管理系统模型,该模型能考虑系统内各部件间及部件与电池堆间的相互影响;应用该模型计算分析了某65 kW车用燃料电池热管理系统对燃料电池堆性能的影响、热管理系统运行参数的控制依据和散热器布置形式的影响等。结果表明,应主要通过调节冷却风扇转速来调整电池堆温度,通过调节冷却水泵来保持电池堆进出口水温温差;散热器并联要优于散热器串联。     

车用燃料电池热管理性能仿真与试验研究

热管理是影响燃料电池性能与寿命的重要因素之一,其中燃料电池热管理系统设计与建模是研究的难点.首先用理论推导方法建立燃料电池的热模型,并通过台架试验验证该模型的准确性.其次建立整车燃料电池热管理系统一维仿真模型,对影响电堆出水温度的风速和风温两个因素进行灵敏度分析.最后通过仿真计算,分析3种典型工况下电堆的出水温度,并开...     

车用质子交换膜燃料电池电堆耐久性问题研究综述

近年来,在国内外研究人员的不懈努力下,燃料电池技术取得了长足的进步。但是,耐久性差和可靠性不足,仍然是阻碍其大规模商业化的重要因素。现阶段针对燃料电池性能衰减问题的研究,从关键组件到核心材料,有很多新的观点、规律和机理,已经得到大家的认可。然而,燃料电池内部微观层面的复杂的结构蠕变和粒子传输特性衰变,依然模糊不清。本文主要介绍了燃料电池的基本原理,以及在典型车载燃料电池工况包括启-停工况、怠速工况、动态负荷工况、额定功率工况和过载工况下的衰减过程机理。这些研究成果的综述,对质子交换膜燃料电池堆耐久性机理研究及耐久工况的设计实施具有重要意义。     

基于FLUENT的高温PEMFC流场设计

与传统低温燃料电池相比,高温PEM燃料电池可简化燃料电池的水管理和热管理系统,降低系统的复杂性和成本,近年来高温PEMFC的流场设计逐渐成为研究的重点.基于计算流体软件FLUENT中的PEMFc模块,对3种常见的流场形式分别从膜中水舍量、氧气的浓度和电流密度分布3个方面进行了三维数值模拟和综合分析.结果显示,在高温条件下,性能由高到低依次为：单蛇形流场、平行流场和多蛇形流场.该方法可用于高温PEM燃料电池流场的设计指导.     

燃料电池电动汽车的技术难关和发展前景

本文在阐述了质子交换膜燃料电池上作原理的基础上,首先介绍了其质子交换膜与催化剂的研究现状。然后针对汽车领域的需要,给出了燃料电池发动机的概念,并对其燃料和氧化剂供给、水/热管理和控制等各子系统所要解决的技术难关进行了系统分析。同时对燃料电池车商业化所必然要涉及的氢燃料供给和价格等问题进行了较客观的论述。最后对燃料电池车的发展前景进行了预测,提出了相应的发展措施。