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碱性阴离子交换膜燃料电池实验及数值模拟
1
作者 李蒙 隋邦傑 《重庆大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期19-28,共10页
针对碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)水管理开展了实验及数值模拟工作,使用Tokuyama A201膜制备并组装了实验室规模的AEMFC单电池,建立了一个基于质量守恒、组分守恒及电荷守恒的碱性阴离子交换膜燃料电池二维稳态等温模型,用于研究电... 针对碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)水管理开展了实验及数值模拟工作,使用Tokuyama A201膜制备并组装了实验室规模的AEMFC单电池,建立了一个基于质量守恒、组分守恒及电荷守恒的碱性阴离子交换膜燃料电池二维稳态等温模型,用于研究电池性能及内部水传输机理。通过模型计算分析电池性能及内部水传输和水分布情况,结果表明:计算预测得到的特定参数下的极化曲线趋势与单电池测试的数据吻合良好;电流密度增加会增大水从阳极到阴极的净通量,有利于阴极反应的进行;电池两极均需进气加湿,提高阳极进气湿度可以加快水从阳极到阴极的净迁移,在较高电流密度下阴极进气湿度过低对电池性能影响较大。 展开更多
关键词 碱性膜燃料电池 数值模型 水传输
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钒液流电池用双侧链阴离子交换膜的制备与性能
2
作者 刘阿满 张晓静 +3 位作者 陈可欣 李坚 任强 汪称意 《精细化工》 北大核心 2025年第7期1516-1523,共8页
采用1-(6-溴己基)-1-甲基哌啶离子盐(Br-6-Pip)和1-溴十八烷对聚(联苯哌啶)(PBP)共接枝,制备了一系列同时含有长疏水侧链(十八烷基接枝度30%)和柔性亲水侧链[烷基哌啶接枝度(x)]的阴离子交换膜(x Pip-30%18PBP膜)。通过^(1)HNMR、SEM、... 采用1-(6-溴己基)-1-甲基哌啶离子盐(Br-6-Pip)和1-溴十八烷对聚(联苯哌啶)(PBP)共接枝,制备了一系列同时含有长疏水侧链(十八烷基接枝度30%)和柔性亲水侧链[烷基哌啶接枝度(x)]的阴离子交换膜(x Pip-30%18PBP膜)。通过^(1)HNMR、SEM、TEM对其进行了表征,利用物性测定和TGA、力学性能、离子传导率、钒离子渗透率测试,考察了烷基哌啶接枝度对x Pip-30%18PBP膜性能的影响。结果表明,x Pip-30%18PBP膜具有良好的微相分离结构,随着烷基哌啶接枝度从40%增至70%,膜内微相分离结构显著提高,x Pip-30%18PBP膜的理论离子交换容量从2.26 mmol/g提升至2.88 mmol/g;20℃下,吸水率从53.8%提高到82.6%,溶胀率从9.9%提高至23.4%;离子传导率从28.9 mS/cm增至41.9 mS/cm,膜面电阻从0.76Ω·cm^(2)降至0.39Ω·cm^(2);拉伸强度从9.6 MPa逐渐降至5.7 MPa,而断裂伸长率从19.8%逐渐提高到35.5%;钒离子渗透率为1.32×10^(–6)~2.16×10^(–6)cm^(2)/min。60%Pip-30%18PBP膜具有最佳的综合性能,将其组装钒液流单电池。在电流密度40 mA/cm^(2)下,该电池的能量效率高达80.0%;在电流密度100 mA/cm^(2)的充放电循环200次测试中,库仑效率维持在91%~92%,而能量效率仅下降了4.2%。 展开更多
关键词 阴离子交换膜 超强酸催化 柔性哌啶阳离子 长疏水侧链 微相分离 钒液流电池 功能材料
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基于集成经验模态分解和极限学习机的质子交换膜燃料电池寿命预测
3
作者 陈景文 杨淇 +2 位作者 兰天一 华志广 赵冬冬 《太阳能学报》 北大核心 2025年第2期135-141,共7页
基于数据驱动的预测方法可实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)的寿命预测。为提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)寿命预测精度,提出将集成经验模态分解(EEMD)和粒子群算法(PSO)优化极限学习机(ELM)相结合的PEMFC剩余使用寿命预测方法。首先,采... 基于数据驱动的预测方法可实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)的寿命预测。为提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)寿命预测精度,提出将集成经验模态分解(EEMD)和粒子群算法(PSO)优化极限学习机(ELM)相结合的PEMFC剩余使用寿命预测方法。首先,采用移动平均滤波法在滤除噪声和尖峰的同时,保留原始数据的主要趋势;其次,通过EEMD对原始数据进行多时间尺度分解,得到不同时间尺度下PEMFC的老化信息;最后,将分解后的本征模函数分别通过PSO优化的ELM模型进行预测,能在保证预测精度的情况下降低运算复杂度。通过与经典的极限学习机模型预测结果进行对比,该方法能更加准确地预测PEMFC的老化趋势。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 预测 经验模态分解 极限学习机
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阳极多口进气方式对空冷型质子交换膜燃料电池水热特性的影响
4
作者 雷基林 戈志晖 +3 位作者 李杰 刘懿 刘锋 夏臻玮 《内燃机工程》 北大核心 2025年第1期100-108,共9页
为研究空冷型质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)内部水热特性,改善电池内部水、热等物理性质的均匀性,提出了阳极多口进气的方式。基于单通蛇形流道进气方式,提出了四种进气方式,并建立了三维模型进行计算... 为研究空冷型质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)内部水热特性,改善电池内部水、热等物理性质的均匀性,提出了阳极多口进气的方式。基于单通蛇形流道进气方式,提出了四种进气方式,并建立了三维模型进行计算分析。结果表明:在0.635 V电压下,使用多口进气的方式均能够提升质子交换膜燃料电池的输出性能,改善膜电流密度、膜水含量、阳极催化层氢气含量、阳极催化层水含量的均匀性,但同侧进气的方式温度均匀性较差。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 阳极进气优化 数值模拟 水热特性
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动态工况下基于NRBO-BITCN的质子交换膜燃料电池老化预测
5
作者 谢长君 杨寒晨 李浩 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第6期221-230,共10页
准确预测质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)未来老化状态有助于实际策略的部署。在动态工况下,传统的数据驱动方法未考虑PEMFC外部参数对性能老化的影响,为此提出一种动态工况下的PEMFC老化预测方法,以应... 准确预测质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)未来老化状态有助于实际策略的部署。在动态工况下,传统的数据驱动方法未考虑PEMFC外部参数对性能老化的影响,为此提出一种动态工况下的PEMFC老化预测方法,以应对动态工况下的老化预测问题。使用随机森林算法分析外部参数对电压的重要性,确定模型的输入参数;建立双向时间卷积神经网络模型(bi-directional tempol convolutional neural network,BiTCN),使用牛顿拉夫逊算法(Newton-Raphson-based optimizer,NRBO)进行参数优化,构建了NRBO-BiTCN算法。在PEMFC动态工况的全电流和单一电流数据集上的实验表明,考虑外部参数可有效捕获燃料电池老化信息,提升预测精度。对于全电流数据集,在训练集比例为50%时,考虑外部参数的NRBO-BiTCN比未考虑的算法平均绝对误差减少79.14%。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 老化预测 外部参数 双向机制 牛顿拉夫逊优化算法
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质子交换膜燃料电池水热管理技术现状与展望
6
作者 武小花 杨钢 +2 位作者 周鸿旭 陈洲 范占锋 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第17期7031-7039,共9页
水热管理技术的运用有利于解决质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)散热需求大、低温冷启动慢、寿命短等问题。对大功率燃料电池进行动态响应试验,利用皮尔森相关性系数验证了温湿度与有效输出电压的相关性,... 水热管理技术的运用有利于解决质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)散热需求大、低温冷启动慢、寿命短等问题。对大功率燃料电池进行动态响应试验,利用皮尔森相关性系数验证了温湿度与有效输出电压的相关性,并通过文献分析水管理和热管理对燃料电池的影响,总结了现阶段的水热管理方法与建模方式。水管理方法主要有反应气体加湿、内部结构设计和排水控制,但无法实现较为准确的水含量在线检测,闭环控制较为困难。而热管理技术较为成熟,利用传统热机的水冷却方法并结合所制定的温度控制策略对热管理子系统中的水泵和风扇进行控制,使电堆温度和进出口冷却水温差稳定在合理的范围。温度与电堆内部水分布具有强耦合性,往往单一的温度变量、水变量研究并不能真实反映温度和水含量对燃料电池性能的影响。未来使用高效的水热耦合技术,综合考虑温度与水含量对PEMFC的影响才是提高其性能、有效改善附件寄生功率、延长使用寿命的关键。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 水管理 热管理 耦合管理
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质子交换膜燃料电池增湿策略研究进展
7
作者 叶立 叶志鹏 +2 位作者 贺浩然 张绮冬 王译增 《化学工程》 北大核心 2025年第2期13-19,70,共8页
PEMFC(质子交换膜燃料电池)具有效率高、功率密度大、清洁无污染、工作寿命长、工作温度低且运行稳定等优点。水管理作为质子交换膜的关键技术之一,受到广泛关注。PEMFC内质子交换膜在使用过程中需要维持合适的湿度,以拥有较高的质子电... PEMFC(质子交换膜燃料电池)具有效率高、功率密度大、清洁无污染、工作寿命长、工作温度低且运行稳定等优点。水管理作为质子交换膜的关键技术之一,受到广泛关注。PEMFC内质子交换膜在使用过程中需要维持合适的湿度,以拥有较高的质子电导率和耐久性能,因此需要适当的增湿策略保证质子交换膜处于合适的水合状态。燃料电池的增湿策略大致可分为内增湿和外增湿。内增湿又可分为化学加湿和物理加湿,外增湿可分为鼓泡增湿、直接注水增湿、焓轮增湿和膜增湿等。分别介绍了每一种增湿方法的工作原理和性能,以此分析不同方法的特点,并基于此,识别每种方法在特定应用领域中的适用性和效能,为与具体应用场景的结合提供参考。总体而言,PEMFC的增湿技术之后发展可能主要聚焦于低温自增湿膜电极的构建,自增湿和外增湿技术的协同应用,以及对增湿过程的控制优化。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 水管理 内增湿 外增湿
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基于改进回声状态网络的质子交换膜燃料电池剩余寿命预测
8
作者 袁铁江 李荣盛 +1 位作者 康建东 闫华光 《中国电力》 北大核心 2025年第5期102-109,共8页
针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的剩余有效寿命预测技术(RUL)在中长期预测效果不佳的问题,提出了一种基于改进灰狼优化算法(IGWO)和回声状态网络(ESN)的剩余寿命预测方法。首先选取电堆电压作为健康指标,使用卷积平滑滤波法对PEMFC数据... 针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的剩余有效寿命预测技术(RUL)在中长期预测效果不佳的问题,提出了一种基于改进灰狼优化算法(IGWO)和回声状态网络(ESN)的剩余寿命预测方法。首先选取电堆电压作为健康指标,使用卷积平滑滤波法对PEMFC数据集进行数据平滑和归一化处理,有效减少异常值对后续模型训练的干扰。然后利用IGWO的局部和全局寻优能力对ESN的储备池参数进行优化,构建出IGWO-ESN网络模型,并利用处理后数据集进行PEMFC剩余寿命预测模型的训练,最后与传统的ESN进行对比验证。结果表明,改进后的ESN模型预测均方根误差和平均绝对百分比误差分别为0.0342和0.9315%,预测精度相较于普通ESN模型明显提升,中长期RUL的预测准确度也更高。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 回声状态网络 灰狼优化算法 剩余寿命预测
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用于碱性膜燃料电池的新型聚苯醚阴离子交换膜的制备与性能 被引量：8
9
作者 韩克飞 杨起涛 +3 位作者 于书平 于景华 朱红 汪中明 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期2437-2444,共8页
以2,6-二甲基聚苯醚(PPO)为原料,经溴代及N-甲基咪唑季铵化反应,制备了N-甲基咪唑季铵化PPO,并进行了红外光谱(FTIR)和氢核磁共振波谱(1H NMR)表征.所得季铵化产物与聚乙烯醇(PVA)按不同比例共混后用戊二醛交联成膜,在碱性液中浸泡转化... 以2,6-二甲基聚苯醚(PPO)为原料,经溴代及N-甲基咪唑季铵化反应,制备了N-甲基咪唑季铵化PPO,并进行了红外光谱(FTIR)和氢核磁共振波谱(1H NMR)表征.所得季铵化产物与聚乙烯醇(PVA)按不同比例共混后用戊二醛交联成膜,在碱性液中浸泡转化为OH-型,得到一系列阴离子交换膜.通过扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗(AC)、拉伸实验和热重分析(TGA)等手段考察了膜的微观形貌及电导率、力学性能、热稳定性及耐碱性等性能.结果表明,膜的外观形貌平整均一;含水率为50.4%～151.2%;溶胀度为79.2%～164.2%;离子交换容量为0.47～1.52 mmol/g;90℃时,M4膜的电导率高达49.1 mS/cm;断裂伸长率达到128%,极大改善了PPO膜应力易裂的状况.同时,N-甲基咪唑鎓基团分解温度达到170℃,高于常用的阴离子交换膜中的季铵基团(120℃).在2 mol/L的NaOH溶液中浸泡192 h后,电导率仅下降19%,具备良好的耐碱性能力. 展开更多
关键词 2 6-二甲基聚苯醚 N-甲基咪唑 共混 交联 阴离子交换膜 燃料电池
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碱性膜燃料电池中聚电解质的耐久性研究进展
10
作者 梁铣 张晓燕 +4 位作者 魏亦军 郑云芳 高全涵 徐迈 王凤武 《化工学报》 北大核心 2025年第4期1447-1462,共16页
碱性膜燃料电池(AMFCs)因具备低成本及更快的氧还原动力学等特点备受关注。其中,作为离子传导介质和催化层黏结剂的碱性聚电解质是AMFCs中膜电极(MEA)的重要组成部分,其在高碱环境下的耐久性是保证AMFCs长期稳定运行的重要因素之一。综... 碱性膜燃料电池(AMFCs)因具备低成本及更快的氧还原动力学等特点备受关注。其中,作为离子传导介质和催化层黏结剂的碱性聚电解质是AMFCs中膜电极(MEA)的重要组成部分,其在高碱环境下的耐久性是保证AMFCs长期稳定运行的重要因素之一。综述了近些年针对碱性聚电解质耐久性的相关研究及其在AMFCs中的应用,分别总结了不同主链和阳离子基团对碱性聚电解质耐久性的影响机制,以期为碱性聚电解质分子结构的合理化设计提供参考。 展开更多
关键词 碱性膜燃料电池 聚电解质 碱性膜 耐久性
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质子交换膜燃料电池不同流场结构的分布特性研究
11
作者 詹昕 宋微 +1 位作者 丁峰 邵志刚 《电源技术》 北大核心 2025年第1期192-201,共10页
流场结构是影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能以及特性参数分布的重要因素。了解PEMFC内各种特性的分布是提高电池性能、稳定性和耐用性的先决条件。因此,有必要充分了解燃料电池中的性能参数分布特性。利用数值模拟与仿真研究了平行... 流场结构是影响质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能以及特性参数分布的重要因素。了解PEMFC内各种特性的分布是提高电池性能、稳定性和耐用性的先决条件。因此,有必要充分了解燃料电池中的性能参数分布特性。利用数值模拟与仿真研究了平行、单蛇形和三蛇形流场的电池性能差异,对比了三种流场对燃料电池分布特性的影响,并使用一种新颖的标准——阻抗分布,来评估流场结构对性能均匀性的影响。结果表明,采用蛇形流场的燃料电池极化曲线性能优于平行流场。通过分析电流密度、阻抗和温度分布,得出平行流场均匀性更好的结论,三蛇形流场则兼顾了单蛇形和平行流场的优点。通过引入均匀度参数(标准差)来描述特性参数分布的均匀性,平行、单蛇形和多蛇形流场的阻抗分布均匀度参数分别为0.235、0.305和0.245Ω·cm^(2)。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 流场结构 数值模拟 均匀性研究
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碱性燃料电池用阴离子交换膜的制备与表征 被引量：2
12
作者 朱荣杰 张新荣 +1 位作者 王涛 王东 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期575-577,共3页
以PTFE多孔膜为基体,以聚环氧氯丙烷(PECH)和四甲基己二胺(TMHDA)为原料,采用流延法制备QPECH/PTFE复合阴离子交换膜。对复合阴离子交换膜的微观形貌、热稳定性、离子交换容量、离子传导率以及膜电极性能进行表征。结果表明:复合阴离子... 以PTFE多孔膜为基体,以聚环氧氯丙烷(PECH)和四甲基己二胺(TMHDA)为原料,采用流延法制备QPECH/PTFE复合阴离子交换膜。对复合阴离子交换膜的微观形貌、热稳定性、离子交换容量、离子传导率以及膜电极性能进行表征。结果表明:复合阴离子交换膜热稳定性得到增强,离子交换容量为1.51 mmol/g,离子传导率可达1.02×10-2S/cm;在H2/O2碱性燃料电池中表现出较好的电化学性能,开路电压为1.003 V,最大功率密度为16.4 mW/cm2。 展开更多
关键词 阴离子交换膜 聚环氧氯丙烷 碱性燃料电池 膜电极
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质子交换膜燃料电池氢气渗透研究进展及抑制措施概述
13
作者 陆继轩 郑伟波 +3 位作者 李翔 王倩倩 李冰 明平文 《汽车工程》 北大核心 2025年第7期1238-1257,共20页
质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)作为一种新型汽车动力源,展现出广泛的应用潜力。然而,氢气渗透问题在长期运行中日益显现,已成为制约其大规模商业化应用的重要技术挑战。氢气渗透不仅降低了PEMFC的输出... 质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)作为一种新型汽车动力源,展现出广泛的应用潜力。然而,氢气渗透问题在长期运行中日益显现,已成为制约其大规模商业化应用的重要技术挑战。氢气渗透不仅降低了PEMFC的输出电压,还可能对电池的耐久性和安全性产生负面影响。为应对这一问题,本文基于现有研究成果,对PEMFC氢气渗透的研究进展进行了系统概述。首先,本文阐述了氢气渗透的基本原理及其潜在危害;接着,分析了膜衰减前后氢气渗透的传递机制,并回顾了最新的渗透模型研究进展;最后,结合氢气渗透的原理,总结了目前有效的抑制措施,并展望了未来的研究发展趋势。本文旨在为提升PEMFC性能、延长其使用寿命以及增强系统安全性提供理论支持。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 氢渗透 长期运行 膜衰减 抑制措施
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用于燃料电池的聚乙烯醇/纤维素/聚乙二醇碱性阴离子交换复合膜的制备及性能 被引量：11
14
作者 刘玲玲 张璟 乔锦丽 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1842-1849,共8页
通过对聚乙烯醇(PVA)/季铵化羟乙基乙氧基纤维素(QHECE)共混膜进行聚乙二醇(PEG)聚塑化改性,采用物理-化学交联联用法制备了PVA/QHECE/PEG碱性阴离子交换复合膜.通过交流(AC)阻抗、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、热... 通过对聚乙烯醇(PVA)/季铵化羟乙基乙氧基纤维素(QHECE)共混膜进行聚乙二醇(PEG)聚塑化改性,采用物理-化学交联联用法制备了PVA/QHECE/PEG碱性阴离子交换复合膜.通过交流(AC)阻抗、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)、气相色谱(GC)和拉伸实验等手段考察了不同PEG添加量对膜的离子电导率、分子结构、微观形貌、热稳定性、力学强度、甲醇渗透率和耐碱稳定性等性能.结果表明,PEG的加入(除最小比例外)提高了膜的离子电导率和力学强度并使其柔韧性增大.同时,膜的热稳定性比未添加PEG时提高了40℃.将PVA/QHECE/PEG膜在80℃,6 mol/L KOH浓碱溶液中浸渍处理264 h,膜的电导率从1.06×10-3S/cm提高到3.88×10-3S/cm,而膜的外观和力学强度及含水率未发生明显变化,表明该膜具有很好的耐碱化学稳定性.此外,以3 mol/L甲醇溶液为测试目标,膜的甲醇渗透率<10-7cm2/s,仅为商业用Nafion膜的1/20～1/40. 展开更多
关键词 碱性阴离子交换膜 聚乙烯醇 季铵化羟乙基乙氧基纤维素 聚乙二醇 共混物理-化学交联 耐碱稳定性 甲醇透过率
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质子交换膜燃料电池双极板流动结构仿生设计探究
15
作者 石自航 杨亚晶 +1 位作者 魏衍举 张晨杨 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第4期70-80,共11页
针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)内部燃料分布不均匀以及水管理能力不足导致的性能受限问题,基于海棠叶的叶脉结构,设计了一种新型仿生流场,采用数值方法深入研究了其性能。首先,通过观察海棠叶脉的自然流动形态,设计仿生流场;然后,通过... 针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)内部燃料分布不均匀以及水管理能力不足导致的性能受限问题,基于海棠叶的叶脉结构,设计了一种新型仿生流场,采用数值方法深入研究了其性能。首先,通过观察海棠叶脉的自然流动形态,设计仿生流场;然后,通过数值模拟对比分析仿生流场、传统蛇形流场和平行流场的流场性能;最后,探究极限电流密度、峰值功率密度及内部氧气和电流密度的分布特性。研究结果表明:与传统的蛇形流场和平行流场相比,仿生流场的压降更低,催化层氧气浓度分布更均匀,供气质量更高;相较于平行流场和蛇形流场,仿生流场的电池极限电流密度分别提升了35.42%、6.81%,峰值功率密度分别增加了29.71%、5.22%,且除水能力较平行流场有所提升。该研究为PEMFC流场设计的优化提供了新思路,对提升燃料电池的整体性能和效率具有重要的实际应用价值。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 仿生流场 海棠叶脉 双极板
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质子交换膜燃料电池催化层功能梯度设计进展
16
作者 李艺彤 郭航 +1 位作者 陈浩 叶芳 《北京工业大学学报》 北大核心 2025年第5期637-650,共14页
催化层作为电化学反应的场所,是质子交换膜燃料电池的重要组成部件。为了促进质子交换膜燃料电池的性能提升和成本降低以及考虑到催化层中反应物质的不均匀分布,催化层组成成分被考虑设计成梯度分布以提高各成分和反应物的利用率,从而... 催化层作为电化学反应的场所,是质子交换膜燃料电池的重要组成部件。为了促进质子交换膜燃料电池的性能提升和成本降低以及考虑到催化层中反应物质的不均匀分布,催化层组成成分被考虑设计成梯度分布以提高各成分和反应物的利用率,从而在不增加成本的前提下提高燃料电池性能。功能梯度催化层是质子交换膜燃料电池性能提升的重要手段之一。因此,该文从不同组成成分、不同方向详细综述了催化层的功能梯度分布设计。催化层成分的梯度分布研究主要以催化剂载量和离聚物载量为对象,从燃料电池3个不同方向,以不同的非均匀分布形式进行分布设计。功能梯度催化层可以有效地改善反应物、温度和电流密度分布的均匀性以及提高燃料电池性能,是发展高性能质子交换膜燃料电池的重要手段之一。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 催化剂 离聚物 梯度分布 传热传质 催化层
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操作参数对质子交换膜燃料电池阴极侧壁缩型流道性能的影响
17
作者 史叶诚 赵富强 +1 位作者 耿振钟 王宏伟 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第21期8914-8925,共12页
质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)阴极流道作为氧化剂还原的场所,流道构型和操作参数相互作用是提升电池性能的关键之一。针对PEMFC侧壁缩型流道对操作参数的设计需求,建立了一个采用阴极侧壁缩型流道的... 质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)阴极流道作为氧化剂还原的场所,流道构型和操作参数相互作用是提升电池性能的关键之一。针对PEMFC侧壁缩型流道对操作参数的设计需求,建立了一个采用阴极侧壁缩型流道的三维质子交换膜电池模型,研究了在不同温度、压强和阴极化学计量比下,电化学性能、膜表面温度分布及含水量分布的变化规律。研究表明:操作参数不变时,脊背中线、流道中线的电流密度曲线呈脉冲式波动,膜表面温度曲线、膜表面水含量曲线呈现规律性波动,且脊背中线处的电流密度、温度、水含量明显高于流道中线处;操作参数变化下,当温度从50℃升高到80℃时,电流密度从0.822 A/cm^(2)增大至0.856 A/cm^(2),提高了4.1%;当压强从0.1 MPa增大至0.3 MPa时,电流密度从0.860 A/cm^(2)增大至1.500 A/cm^(2),提高了74.4%;当阴极化学计量比从10增大至90时,电流密度从1.502 A/cm^(2)提升至1.568 A/cm^(2),提高了4.4%。进一步建立了基于组合赋权法和改进雷达图法的PEMFC输出性能评价方法,得到操作参数在压强0.25~0.3 MPa、温度70~80℃、化学计量比70~90范围下,阴极的侧壁缩型流道表现出优异输出性能。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 操作参数 侧壁缩型流道 电化学性能 综合评价
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运行参数对质子交换膜燃料电池堆耐久性影响的实验研究
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作者 蔡赛杰 朱昊宁 +2 位作者 张卓 陈俊宏 陶文铨 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第5期1-11,共11页
针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)在多变工况下的耐久性较差的问题,研究了氢燃料电池电堆老化过程中的气体分配、电压恢复和电压衰减速率规律、单片电池膜电极参数之间的差异和电池老化之间的关系。基于新欧洲驾驶循环标准工况制定了耐久... 针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)在多变工况下的耐久性较差的问题,研究了氢燃料电池电堆老化过程中的气体分配、电压恢复和电压衰减速率规律、单片电池膜电极参数之间的差异和电池老化之间的关系。基于新欧洲驾驶循环标准工况制定了耐久性测试流程,在自行设计的8片PEMFC电堆上进行了80 h加速老化测试。实验结果显示,电堆基准电压的平均衰减速率为1.4 mV/h,考虑重启造成的水热状态恢复引起的电压上升,电堆的平均衰减速率降低为0.55 mV/h。各膜电极老化前后的电化学反应面积变化在7%~12%,但其他膜电极指标存在显著差异,表明水热状态存在较大差异。从空气分配特性看,单电池空气侧的流量分布及电压衰减速率呈双峰分布,且随着流量增大,峰值差异加大,流量高点对应的电压衰减速率达到最高,表明老化速率与空气侧流量正相关。靠近端板的电池老化程度明显高于平均水平,但电压衰减速率并非最大,表明其主要经历了可逆老化,较高的电压恢复速率也验证了这一点,中间电池的老化速率都在0.6 mV/h左右。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 耐久性 加速老化测试 膜电极老化
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质子交换膜燃料电池阴极催化层微观结构表征研究进展
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作者 李薛茹 马哲杰 李平 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第2期812-821,共10页
氢质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)具有无污染、高效率等特点,是理想的零碳排放发电装置,其成本、性能及耐用性与阴极催化层(cathode catalyst layer,CCL)的组成和结构密切相关。CCL主要由Pt/C催化剂... 氢质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)具有无污染、高效率等特点,是理想的零碳排放发电装置,其成本、性能及耐用性与阴极催化层(cathode catalyst layer,CCL)的组成和结构密切相关。CCL主要由Pt/C催化剂、离聚物和孔隙区域组成,其中碳载体传导电子,离聚物传导质子,孔隙传输反应气体,这种复杂构成对精准表征其微观结构进而揭示构效关系带来了极大挑战。本文总结了CCL微观结构表征的研究进展,从催化层形貌、孔隙结构、离聚物及Pt纳米粒子分布这四个方面的表征,详细阐释了针对CCL内不同构成部分的各类表征手段,指出单一的表征方法无法揭示CCL内部的复杂精细结构,需要联用多种表征手法从不同尺度和不同维度进行观测。发展对CCL微观结构表征的方法有助于全面阐释燃料电池运行过程中催化剂、反应气体和离聚物之间的相互作用机理,有助于提供真实结构参数以精准构建CCL计算模型,掌握催化层内质量传递、热量传递、质子及电子传导等信息,为燃料电池的性能提升和技术瓶颈突破提供科学支撑。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 阴极催化层 微观结构 表征技术
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机车动态工况下质子交换膜燃料电池多孔电极衰退机理分析
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作者 唐双喜 张雪霞 +1 位作者 黄磊 邱丹洛 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第7期2699-2709,I0021,共12页
为探究质子交换膜燃料电池(protonexchange membrane fuel cell,PEMFC)在机车动态工况下的衰退行为,针对300 W的电堆进行900 h耐久性实验,该文提出一种弛豫时间分布与传输线模型相结合的衰退机理评估方法。首先,根据电堆的不一致性选择... 为探究质子交换膜燃料电池(protonexchange membrane fuel cell,PEMFC)在机车动态工况下的衰退行为,针对300 W的电堆进行900 h耐久性实验,该文提出一种弛豫时间分布与传输线模型相结合的衰退机理评估方法。首先,根据电堆的不一致性选择衰退最明显的单池作为研究对象,在分析极化曲线和阻抗谱的基础上,采用弛豫时间分布探究各频段极化过程的变化趋势,并建立传输线模型进行参数辨识及量化;最后,利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)表征不同单池的微观形貌。结果表明,0~500 h期间,催化剂性能基本保持稳定,碳腐蚀使电极孔隙率增加并改善质量传输损耗;500~900 h期间,催化剂加速衰退,累积的碳腐蚀导致电极结构严重破坏,大量微孔消失和结构坍塌使质量传输性能迅速恶化,最终导致PEMFC失效。所提方法能够有效评估燃料电池多孔电极的衰退机理。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 耐久性 电化学阻抗谱 催化剂衰退 碳腐蚀
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