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气体扩散层研究进展

气体扩散层(GDL)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要组件,在燃料电池电堆中起到电子传导、反应气体传输、电堆水热管理的作用.近年来,随着质子交换膜燃料电池的开发和应用愈发广泛,气体扩散层的开发已成为加快燃料电池产业落地的关键因素.重点阐述了质子交换膜燃料电池气体扩散层的市场发展、制备技术及工艺优化问题,评价了最新...     

燃料电池气体扩散层纤维孔隙特性对液态水传输的影响分析

质子交换膜燃料电池气体扩散层（GDL）内部纤维孔隙特性对GDL液态水传递能力,以至电池的性能和寿命都有重要影响。本文中基于流体体积法建立了能捕捉液态水穿过GDL纤维孔隙运动行为的气液两相模型,分析了GDL纤维的孔隙率、形状、间距纵横比和接触角对GDL内液态水传递的影响。结果表明,GDL纤维间距的纵横比通过影响横、纵向的毛细力来决定液态水的运动方向,沿纵向增大接触角能加速液态水的爬升,从而明显提升GDL的排水能力。     

停放对PEMFC性能特性的影响研究

本文中对两个连续运行后的质子交换膜燃料电池堆进行停放实验,以研究不同方式的停放对电池性能的影响。结果表明,在连续运行后进行短时间的停放对于电池性能具有恢复作用;而长期停放则会导致电池性能下降并出现显著的片间性能差异,采用密封措施可缓解这种现象,但仍难以避免不可恢复的性能衰减。停机后对电池进行快速放电对性能产生的效果相当于短期停放。     

车用PEMFC发动机空气过滤器的设计研究

为设计车用PEMFC发动机空气过滤器,分析了车用PEMFC发动机空气过滤器的多个设计要素,重点考察了滤芯3个设计参数之间的关系。试验结果表明,增大活性炭颗粒粒径、减小滤芯厚度有利于减小压力降,但降低了滤芯对SO2的吸附性能;降低空气通过滤芯的速度既有利于减小压力降,也有利于增加滤芯对SO2的吸附性能,但是,减小空气通过滤芯的速度要求滤芯的面积较大,由此会造成空气过滤器的体积较大。     

大功率PEMFC堆环境适应性分析

在车辆行驶过程中,质子交换膜燃料电池（PEMFC）堆性能受到发动机运行环境的影响。目前关于 PEMFC 堆环境适应性的研究,研究对象多为小功率的 PEMFC 堆。以大功率PEMFC堆为试验对象,采用控制变量法探究不同环境因素对PEMFC堆性能衰退的影响。结果表明:冷却液温度对PEMFC堆性能衰退 的影响较小;空气相对湿度和气体温度对PEMFC堆性能衰退的影响明显;氢气相对湿度对PEMFC堆性能衰退的影响不明,需要进一步探究。     

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...     

质子交换膜燃料电池电堆封装设计综述

为了保证质子交换膜燃料电池（PEMFC）电堆的输出性能、密封性、可靠性和使用寿命,需要对电堆的封装力和封装结构进行理论计算和设计优化。通过建立PEMFC电堆的等效刚度力学模型及相关经验公式,研究了膜电极组件（MEA）接触电阻、气体扩散层（GDL）孔隙率、电堆密封性和抗冲击性与电堆封装力之间的关系。针对电堆封装力的有限元仿真,研究了基于等效面积和等效刚度的仿真优化方法。最后,阐述了电堆封装结构设计方法和结构优化方法。结果表明,基于等效刚度力学模型和经验公式,可以在较短的时间内完成电堆封装力的理论计算,提高了开发效率。同时,采用有限元仿真方法,可以较为准确和直观地完成电堆封装力的设计优化。采用拓扑优化和封装力自补偿计算方法,提高了电堆封装结构设计的合理性。     

节温器布置形式对质子交换膜燃料电池电堆冷却性能的影响

运用一维仿真软件建立质子交换膜燃料电池液冷系统模型,研究了不同节温器布置形式对系统的性能影响。对某额定功率30 kW的燃料电池发动机在4个不同工况点进行液冷系统散热特性仿真:在节温器一进两出的布置形式下仿真结果与试验数据基本一致,电堆出口温度仿真值与实测值相对误差分别为0.5%、1.5%、2.4%、4.9%;节温器两进一出的布置形式下液冷系统中冷却液温度变化平缓而均匀,前10 s和第10~50 s之间的温度变化率之差较一进两出形式低36.85%,更有利于电堆的长期高效运行。     

车用PEMFC电堆低温起动试验研究

根据质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆起动和停机的控制策略,建造了PEMFC电堆低温起动平台。用20mm厚的软橡塑泡沫、聚苯乙烯和真空绝缘板将电堆密封,在-10℃环境舱内分别进行保温试验研究;当电堆中最冷的电池阴极催化层的温度达到触发温度(0℃)时,起动并加载PEMFC电堆至某一低温起动试验工况。试验结果揭示了PEMFC电堆低温起动的某些规律,为燃料电池汽车的商业化提供技术基础。     

质子交换膜燃料电池电堆水传输机理综述

质子交换膜燃料电池是一种直接将储存在H2的化学能经与O2反应转化成电能、热能和水的电化学装置.它不受卡诺循环的限制,转化效率高,可以长时间连续运行,具有运行温度低、功率密度高、响应快、启动快、稳定性好以及当使用纯氢气时不会造成环境污染等特点,是未来汽车的理想动力装置之一.合适的湿度条件是燃料电池健康高效运行的必要条件,...     

振动对燃料电池扩散层液态水传输行为探究

研究基于OpenFOAM开源平台,自主开发了三维气体扩散层的重构方法,并基于动网格技术建立了探究振动对气体扩散层内部液态水传输行为影响的数值模型。对不同振动方向、幅度及频率对液态水传输的过程进行了分析。研究发现相比于水平方向,垂直方向上的振动对于液态水的传输影响更明显。液态水的饱和度在高频振动时呈现出较为规则的正弦振动特点,但在低频振动时液态水饱和度的周期性特点不规则或不显著,整体上接近于正弦变化。研究结论对于燃料电池堆的布置方案及减振思路设计具备一定的指导意义。     

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.     

车用质子交换膜燃料电池膜电极关键材料与结构设计进展

各国氢燃料电池汽车已逐渐开始商用,但是氢燃料电池成本高、寿命差等问题仍未解决。从材料与结构出发,重点阐述了膜电极关键材料性能要求、研究进展、模拟仿真和重点企业方面内容。研究结果表明超薄高温低湿质子交换膜、高稳定性低铂催化剂以及高透氧离聚物能有效改善燃料电池膜电极的性能,并在当前实践中得到了应用。同时,在总结现阶段氢燃料电池膜电极研究进展的基础上,指出当前膜电极研究中的发展趋势和不足,并为膜电极产品开发和产业化提出了新的发展思路。     

车用质子交换膜燃料电池堆阴极进气系统模拟及优化

车用质子交换膜燃料电池堆进气系统的布置对其性能有着重要的影响。将实际燃料电池阴极进气系统进行简化,采用Fluent软件对不同的阴极进气形式进行模拟分析。结果表明,采用两头双进口进气的布置方案或者高压系统可以使得电堆内的不均匀性得到显著改善,但采用高压系统会导致电堆效率下降。     

运行工况对PEMFC性能与水含量的影响分析

本文中利用燃料电池单体可视化测试平台和水平衡模型研究质子交换膜燃料电池的性能与水含量的关系和影响因素。首先,给出燃料电池水平衡模型;接着,搭建燃料电池单体可视化测试平台;最后,对进气温度与湿度和氢气与空气的化学计量比对燃料电池的电化学交流阻抗谱、电压和水含量的影响进行测试,并分析其影响因素。     

质子交换膜燃料电池低电密运行参数的优选分析

通过对质子交换膜燃料电池低电密运行的正交试验研究,分析了过量空气系数、冷却水入口温度、阴极入口处的相对湿度以及阴极入口压力这4个运行参数对质子交换膜燃料电池性能的影响。     

质子交换膜燃料电池关键材料发展现状综述

氢能作为清洁的二次能源,是我国实现“双碳”目标的重要载体。燃料电池作为一种高效的发电技术,已成为氢能利用的主要方式。质子交换膜燃料电池具有反应动力学快、启动温度低等特点,有望成为车载动力装置主要发展方向,但因受催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料成本和性能的制约,距离规模商业化应用仍有一定距离。本文通过对质子交换膜燃料电池关键材料的发展现状及商业化情况进行研究,对比不同产品的优劣势,对未来燃料电池产业的进一步发展提供参考。     

振动对燃料电池电堆气密性的影响分析

为了解振动对燃料电池电堆气密性的影响,本文依据SAE J2380-2018的振动标准,利用多轴振动台架和气密性测试台对两个燃料电池电堆样品进行振动试验,测得了燃料电池电堆样品在振动前后的气密性变化结果。试验结果表明:振动对燃料电池电堆的气密性有一定的影响,样品的气密性均有所下降,燃料电池电堆的气密性与尺寸和结构等有一定的关系。     

基于低温启动特性的PEMFC水热性能仿真与分析

为在控制燃料电池生成水量时,最大限度提升其发热功率及冷启动成功率,建立了质子交换膜燃料电池3D仿真模型,并引入水伴热值概念,对不同输出电压、阴极计量比下的电池内部热源发热功率占比、阴极催化层发热功率密度分布情况进行了计算.结果表明:当电压从0.6 V降低至0.1 V时,相同产水速率下,总发热功率可提升约1倍;在特定输出...