质子交换膜燃料电池

摘要： 针对质子交换膜燃料电池在机械应力下的气-液两相流进行数学模拟研究,建立了一个二维质子交换膜燃料电池非等温两相流多物理场稳态模型.该模型综合考虑了固体力学、电化学、传热传质以及气液两相流的物理因素,研究了质子交换膜燃料电池在机械应力作用下的两相流分布.计算结果显示:在机械应力作用下,燃料电池肋板下方的多孔介质应力明显大于流道下方的应力,且在肋板和流道交界处下方的气体扩散层会产生明显的应力集中现象;随着电流密度的增加,阴极相对湿度逐渐增加,但阳极相对湿度会减小;液态水仅在阴极产生且主要在肋板下方的多孔介质内形成,其在阴极的饱和度随电流密度的增加而不断增加.

摘要： 质子交换膜燃料电池(PEMFC)以氢能为主要能源,具有能量转换效率高、对环境友好、工作温度低等优点,有着广阔的应用前景,但PEMFC技术在成本和性能指标方面还面临着严峻的挑战。双极板是PEMFC的重要组成部分,在其重量和成本中占有很大比例,并且具有诸多无可替代的作用。总结了3种常用的双极板基体材料(石墨材料、复合材料、金属材料)及其常用的几种改性方式的特点,重点综述了近几年应用较多、成本低廉的不锈钢双极板及其常用的改性手段。

摘要： 开发高效的氧还原反应电催化剂是实现质子交换膜燃料电池规模化应用的关键技术之一。目前常用的贵金属催化剂成本较高,并且稳定性仍需改善。物理限域是改善催化剂稳定性的有效策略,在不影响贵金属催化剂催化活性的前提下,物理限域层不仅可以抑制催化剂的烧结,还能够减少催化剂在反应过程中的团聚、脱落以及溶解等问题,从而提升催化剂的寿命。本文回顾了近年来用于电催化氧还原反应的限域型贵金属催化剂,主要包括导电聚合物限域、非金属氧化物限域、金属氧化物限域以及碳层限域的贵金属催化剂。根据限域层制备策略不同,重点分析了限域层的孔结构、导电性、致密性、抗腐蚀性与催化剂性能之间的构效关系。着重介绍了实现碳层限域的三种策略,包括“沉积-转化”、“嵌入-转化”以及“一步热解”。分析表明,通过构筑具有丰富孔结构、高导电性及合适厚度的限域层能够在保证活性的同时显著提升催化剂稳定性。最后对全文进行了总结并对当前存在的问题进行了整理,同时对未来限域型催化剂的发展进行了展望。

摘要： 铂(Pt)的价格高、储量低,开发优异的Pt基氧还原电催化剂对提高质子交换膜燃料电池(PEMFCs)性能和推动其应用具有十分重要的意义。介绍了Pt基电催化剂活性提高的主要理论,综述了当前电催化剂性能提高的策略,包括电催化剂颗粒尺寸、暴露晶面、晶相和界面对其活性和稳定性的影响,对Pt基电催化剂的发展前景和面临的挑战进行了展望和讨论。

摘要： 本文通过MATLAB平台建立各子系统的热动力和经济性模型,以能效性和经济性为评价指标分析了重整反应器温度对系统的影响,设计众筹模式并分析了月平息和冷热电收购价对众筹模式的影响。结果表明:重整反应器温度对经济性的影响较能效性大;通过提高重整反应器温度,平准化度电成本降低可达1.46%;众筹模式15年期方案与系统契合度较10年期方案高;15年期方案的总众筹额、投资者总净收益、企业总净收益和保本点分别为1.936×10^(7)元、3.485×10^(7)元、9.559×10^(7)元和14.5年;众筹模式应适当提高冷热电收购价和合理设置月平息,兼顾运营稳定性、投资者和企业收益。

摘要： 由于交流阻抗谱可以综合反映氢燃料质子交换膜燃料电池(PEMFC)的水、氧气和氢气含量等参数信息,为实现整车在线监控PEMFC的健康状态,文章提出一种基于Boost电路的扰动信号生成方法用于PEMFC电池的交流阻抗测试。其无需额外增加硬件电路,利用车上燃料电池升压DC/DC电源的主电路(多相Boost电路并联),以SPWM方式在输出直流电流上叠加设定频率、设定幅值的交流正弦波扰动;结合现有的DC/DC回路输入恒流PID控制算法,构建相应的数字控制器,并对实物样机进行生成信号测试分析,通过解析DC/DC输入侧扰动产生的交流电压及电流波动,测试各频率点的交流阻抗及相位变化,绘制相应的交流阻抗图谱。最后,文章基于PEMFC的Randles等效电路和燃料电池动力系统的电气原理,搭建试验测试台架进行模拟测试;通过对测试数据的对比分析,验证了本文所提出的扰动信号生成方法的有效性和准确性。

摘要： 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,本文针对水在燃料电池内的传输问题进行综述归纳,为燃料电池内的水传输问题建立研究基础。

摘要： 质子交换膜燃料电池低温快速启动技术是燃料电池汽车商业化应用必须解决的难题。对低温启动策略方面的研究进展进行了总结,按照启动过程中热量的来源将低温启动策略分为两大类,即低温自启动和辅助低温启动。分别从原理、优缺点及实用性角度对各种启动方法进行了较为全面的分析。在此基础上,指出自启动和辅助启动相结合的方法是最具实用前景的低温启动策略。

摘要： 为了提高316L不锈钢双极板的耐蚀性和导电性,使用磁控溅射的方法,通过控制石墨靶材的溅射时间,在316L不锈钢表面沉积了不同厚度的石墨涂层,比较不同厚度石墨涂层的性能,以确定最佳厚度的石墨涂层。使用扫描电子显微镜(SEM)观察了双极板腐蚀后的微观表面形貌;模拟了质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板的工作环境,使用电化学测试方法测试了5种涂层的耐蚀性;通过X射线光电子能谱(XPS)分析了4种石墨涂层的C键结合特性;比较了几种涂层的界面接触电阻(ICR);测量了涂层的表面接触角来评估涂层的亲疏水性。结果表明:所有的涂层均能提高316L不锈钢的耐腐蚀性和导电性;其中以C-3石墨涂层最佳,恒电位极化下的腐蚀电流密度稳定在2.26×10^(-7)A/cm^(2);界面接触电阻(ICR)在5.6 mΩ·cm^(2);C-3和C-4有着较高的sp^(2)杂化原子比例,得到了最佳厚度的石墨涂层,大概在400 nm。

摘要： 膜增湿器为质子交换膜燃料电池水热管理系统的关键部件,本研究考虑与燃料电池工作条件的强耦合,系统地进行了膜增湿器运行参数和几何参数的敏感性仿真分析.基于Matlab/Simulink建立了膜增湿器稳态数学模型,分析了湿侧和干侧的入口质量流量、温度和压力以及膜厚度和面积对膜增湿器传热量、水分传递量、干侧出口相对湿度和水分传递率的影响.研究表明:提高入口质量流量会提高传热量,并且能有效提高水分传递量,但会使水分传递率和出口相对湿度降低;干湿两侧温度的增加可以使膜中水的扩散系数和水传递量增加,但过高的温度会显著提高水蒸气饱和压力,降低水的活度,进而降低膜含水量,不利于水的传递;压力的变化对传热的影响很小,但总压的提高会使湿侧入口含湿量下降,水分传递量下降,但水分传递率升高;较大的膜面积以及较低的膜厚度能够提高膜水分传递量和水分传递率,可以有效地提高膜增湿器和燃料电池系统水热管理性能.

摘要： 为了验证质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统的能源管理与控制方法,需要对燃料电池动力系统进行集成并设计开发燃料电池管理系统,燃料电池管理系统包括一个燃料电池控制单元(FCU)和若干个单体电压检测模块(CVM).本文采用Simulink搭建燃料电池系统模型,借助LabVIEW开发燃料电池上位机,在此基础上进行硬件在环仿真,验证硬件设计可靠性以及气体供给控制、水热管理、启停控制、故障诊断等策略.

摘要： 质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其理想能量转换效率高、噪声小、可靠性高和可维修性等优点被人们所重视,并且成为燃料电池汽车的主要动力源.燃料电池系统是包括电堆在内的集成化系统,其物理模型涵盖了电学、热力学、流体力学、电化学等多门学科,这使得针对燃料电池系统的仿真变得异常困难.为了研究质子交换膜燃料电池系统特性,本文借助AMESim建立燃料电池系统模型,模型主要包括电堆、氢气子系统、空气子系统、冷却子系统等.在此基础上,分析动态工况下燃料电池电堆及各子系统的特性.

摘要： 质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其功率密度高,运行温度低,环境污染小,易于模块化和小型化而被广泛应用于车载动力系统中.PEMFC是一类典型的强非线性和多变量耦合的动态系统,过氧比(OER)是影响燃料电池系统性能的重要指标之一,OER被控制在最佳值附近,可以使系统的净输出功率最优.本文首先对燃料电池电堆系统与辅助系统进行了建模,接着在MATLAB/Simulink平台上进行了模型仿真并提出了三种OER控制方法,最后通过试验对上述方法进行了验证.

摘要： 质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其理想能量转换效率高、噪声小、可靠性高和可维修性等优点被人们所重视,并且成为当前燃料电池汽车中应用最为广泛的燃料电池类型.然而,PEMFC系统是一个高度非线性、多尺度、强耦合并且输出较软的系统,其工作特性复杂,性能受气体压力、温度等多种影响因素干扰.精确调节燃料电池内部压力,能够有效防止质子交换膜脱落,提高电堆工作性能,延长电堆使用寿命.本文针对质子交换膜燃料电池系统的气体压力调节问题,首先在MATLAB/Simulink环境下搭建了燃料电池供气系统的仿真模型,包括燃料电池电堆模型和关键子部件模型,考虑了气体在传输过程中的压力和流量的变化机制.在此基础上设计了气体压力的调节策略,分别针对阴极气体压力和阳极气体压力设计相应的控制器,仿真结果显示阴阳极两侧的压力均能控制在理想的范围内.

摘要： 燃料电池是一种直接将气体燃料中的化学能转化为电能的电化学装置.特别地,质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高能量密度、长寿命、低退化、低温操作等特性而在汽车领域广泛应用.本文主要研究了PEMFC阴极侧的空气供给系统,在九阶非线性模型的基础上建立了一个降阶的四阶非线性模型.通过Simulink仿真比较四阶模型和原始九阶模型电堆电压、过氧比、电堆功率、净功率等变量,结果表明由简化带来的误差在6％的范围内.在误差允许的范围内可使用降阶模型来降低控制的复杂性.

摘要： 通过试验和流体仿真相结合的方法,研究了质子交换膜燃料电池引射器入口压力、喉口横截面积与工作流体流量的关系,并提出了引射器的工作流体流量调节方法.结果表明:喉口横截面积和引射器入口压力会影响工作流体流量,在相同横截面积情况下,工作流体流量与引射器入口压力成正相关;在引射器流量相同条件下,工作流体流量与喉口横截面积成正相关;在小功率工况下,提升引射器入口压力能够提升引射比.

摘要： 选择碳纳米管(CNT)作为碳载体,PtCo作为催化剂.用乙二醇还原法制备了不同表面改性的CNT,选择性能最优的PtCo/CNT,并与商业Pt/C-JM进行对比.结果表明:PtCo/CNT与Pt/C-JM的初始性能相差不大;经5000次循环后,PtCo/CNT(活性比表面积衰减率6.6％)比PtCo/C(活性比表面积衰减率14.8％)表现出更好的稳定性.

摘要： 以现有四边形截面形状的光固化密封胶为研究对象,通过关键结构参数分析确定了提高密封设计的准则.基于密封胶材料实验测量数据,构建了密封胶材料的超弹性模型,并建立了膜电极边框-密封胶-金属双极板的燃料电池密封有限元接触力学模型.在保证密封胶用量一定的前提下,揭示了密封胶四边形截面的初始高度、上下边长及四边形侧边夹角对密封性能影响的规律.结果表明:密封胶截面上下边长增加,接触摩擦力不断增加,存在满足气体密封性的临界边长和(0.65mm);随着四边形侧边夹角的增加,密封胶的密封性能不断提高,存在满足气体密封性的侧边夹角临界值(90°).

摘要： 以现有四边形截面形状的光固化密封胶为研究对象,通过关键结构参数分析确定了提高密封设计的准则.基于密封胶材料实验测量数据,构建了密封胶材料的超弹性模型,并建立了膜电极边框-密封胶-金属双极板的燃料电池密封有限元接触力学模型.在保证密封胶用量一定的前提下,揭示了密封胶四边形截面的初始高度、上下边长及四边形侧边夹角对密封性能影响的规律.结果表明:密封胶截面上下边长增加,接触摩擦力不断增加,存在满足气体密封性的临界边长和(0.65mm);随着四边形侧边夹角的增加,密封胶的密封性能不断提高,存在满足气体密封性的侧边夹角临界值(90°).

摘要： 以现有四边形截面形状的光固化密封胶为研究对象,通过关键结构参数分析确定了提高密封设计的准则.基于密封胶材料实验测量数据,构建了密封胶材料的超弹性模型,并建立了膜电极边框-密封胶-金属双极板的燃料电池密封有限元接触力学模型.在保证密封胶用量一定的前提下,揭示了密封胶四边形截面的初始高度、上下边长及四边形侧边夹角对密封性能影响的规律.结果表明:密封胶截面上下边长增加,接触摩擦力不断增加,存在满足气体密封性的临界边长和(0.65mm);随着四边形侧边夹角的增加,密封胶的密封性能不断提高,存在满足气体密封性的侧边夹角临界值(90°).

摘要： 本发明提供了一种用于质子交换膜燃料电池膜电极成型的夹具及质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，该方法将膜电极组件依次放置于夹具的第一平板和第二平板中间；将夹具的螺丝杆的扭矩设置为0.5N·m～5N·m，将紧定螺丝杆通过第一平板的螺丝孔顶紧第二平板；在140°C～250°C下加热所述夹具，2min～30min后得到质子交换膜燃料电池膜电极。本发明采用第一平板和第二平板等组成的夹具，对制备膜电极的模压方式进行了调整，使膜电极的放电性能较为优异，进而能提高燃料电池的电化学性能。本发明制备膜电极的方法简便易行，无需引入昂贵的模压设备，成本较低，利于推广。

摘要： 本发明提供一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法和成型夹具。制备方法为将催化剂阳极层、质子交换膜层和催化剂阴极层依次叠放于平行放置的两个平板之间；平板上设有螺孔且通过螺栓相连；设置扭矩为0.5N·m～5N·m，将两个平板进行压紧后固定相对位置；将固定后的两个平板，以及两个平板间的催化剂阳极层、质子交换膜层和催化剂阴极层在140°C～300°C加热2min～30min后取出，去除所述平板，得到质子交换膜燃料电池膜电极。实验证明，采用本发明方法制备的膜电极具有较为优异的放电性能，其制备工艺操作简便，也无需引入价格较为昂贵的高精度模压机。因此，使用上述方法制备膜电极操作简便，成本低，电化学性能优异。

摘要： 本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层及其制备方法和质子交换膜燃料电池。本发明提供了一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层，包括基底层和微孔层；所述微孔层为片状结构；所述基底层与所述微孔层压合连接。本发明中，质子交换膜燃料电池用气体扩散层中的微孔层为片状结构，基底层与微孔层压合连接，避免了湿法制备微孔层会出现制备浆料漏入基底层内部，容易堵住基底层，封堵气体传输通道的问题，使得气体扩散层具有更好的气体传输能力，并且，微孔层为片状结构，能够提供平整的表面，改善气体扩散层与催化层的接触。

摘要： 本发明涉及一种质子交换膜燃料电池电极催化剂、制备方法及质子交换膜燃料电池，属于质子交换膜燃料电池技术领域。催化剂包括载体以及负载于载体表面的铂，所述的载体是指负载有类石墨相氮化碳量子点的碳纳米颗粒。本发明提供的电极材料通过对碳粒子表面进行羧基化改性，并在碳粒子表面修饰具有氨基的类石墨相氮化碳量子点，实现了氨基与羧基之间的酰胺化反应，再在表面原位生长得到金属铂层之后，在铂与碳之间通过碳化氮材料提高了电极的导电性。本本发明提供的电极材料在应用于质子交换膜燃料电池时具有较高的输出功率。

摘要： 本发明属于燃料电池结构领域，提供了种质子交换膜燃料电池流道结构及质子交换膜燃料电池。其中，所述质子交换膜燃料电池流道结构的上表面呈波浪状，流道结构的深度沿气体流动方向逐渐变小，流道结构的宽度沿气体流动方向逐渐变大，这使得反应气体与扩散层的接触面积不断增大，也更容易进入电池内部，更易均匀扩散，迫使更多氧气进入催化层，提高电池催化层氧气浓度，提高电池电流密度。

摘要： 本发明提供了一种用于质子交换膜燃料电池膜电极成型的夹具及质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法，该方法将膜电极组件依次放置于夹具的第一平板和第二平板中间；将夹具的螺丝杆的扭矩设置为0.5N·m～5N·m，将紧定螺丝杆通过第一平板的螺丝孔顶紧第二平板；在140°C～250°C下加热所述夹具，2min～30min后得到质子交换膜燃料电池膜电极。本发明采用第一平板和第二平板等组成的夹具，对制备膜电极的模压方式进行了调整，使膜电极的放电性能较为优异，进而能提高燃料电池的电化学性能。本发明制备膜电极的方法简便易行，无需引入昂贵的模压设备，成本较低，利于推广。

摘要： 本发明提供一种质子交换膜燃料电池膜电极的制备方法和成型夹具。制备方法为将催化剂阳极层、质子交换膜层和催化剂阴极层依次叠放于平行放置的两个平板之间；平板上设有螺孔且通过螺栓相连；设置扭矩为0.5N·m～5N·m，将两个平板进行压紧后固定相对位置；将固定后的两个平板，以及两个平板间的催化剂阳极层、质子交换膜层和催化剂阴极层在140°C～300°C加热2min～30min后取出，去除所述平板，得到质子交换膜燃料电池膜电极。实验证明，采用本发明方法制备的膜电极具有较为优异的放电性能，其制备工艺操作简便，也无需引入价格较为昂贵的高精度模压机。因此，使用上述方法制备膜电极操作简便，成本低，电化学性能优异。

摘要： 一种质子交换膜燃料电池、包含所述质子交换膜燃料电池的电池堆以及所述质子交换膜燃料电池的制备方法。所述质子交换膜燃料电池采用双氧水作为氧化剂，所述质子交换膜燃料电池包括依次布置的阳极气体扩散层(22)、阳极催化剂层(21)、质子交换膜(10)和阴极催化剂层(31)，所述质子交换膜燃料电池还包括单一的极板(13)，并且不包括阴极气体扩散层。

摘要： 本发明涉及一种质子交换膜燃料电池电极催化剂、制备方法及质子交换膜燃料电池，属于质子交换膜燃料电池技术领域。催化剂包括载体以及负载于载体表面的铂，所述的载体是指负载有类石墨相氮化碳量子点的碳纳米颗粒。本发明提供的电极材料通过对碳粒子表面进行羧基化改性，并在碳粒子表面修饰具有氨基的类石墨相氮化碳量子点，实现了氨基与羧基之间的酰胺化反应，再在表面原位生长得到金属铂层之后，在铂与碳之间通过碳化氮材料提高了电极的导电性。本本发明提供的电极材料在应用于质子交换膜燃料电池时具有较高的输出功率。

摘要： 本公开涉及一种质子交换膜燃料电池单体及由至少两个质子交换膜燃料电池单体叠加串联而成的质子交换膜燃料电池电堆。其中质子交换膜燃料电池单体包括阴极板、阳极板和位于所述阴极板和所述阳极板之间的MEA组件，三者叠加，固定密封；所述阳极板具有多个凸起的脊，所述MEA组件与所述脊对应的部分为变形部，所述脊与所述变形部之间的缝隙形成多个氢气流道。本公开通过将MEA组件对应流道部分设计成异于平直板的变形部，增大了与流道内气体的反应面积，相对于传统平板式MEA组件的燃料电池单体，提升了PEM燃料电池反应效率、反应均匀性以及电堆功率密度。