质子交换膜电解池阴极催化层的孔隙网络模拟

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作者 罗马吉 秦超超 +1 位作者 陈黎 陈奔 《江苏大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期293-300,共8页

为了探究催化层内部的水气传输和电子传导现象,建立了质子交换膜电解池阴极催化层的孔隙网络模型,获取了传输参数(渗透率、扩散率)以及电化学参数(电导率、电化学活性比表面积)随催化层微观结构的变化规律.结果表明:在催化层内部,随着... 为了探究催化层内部的水气传输和电子传导现象,建立了质子交换膜电解池阴极催化层的孔隙网络模型,获取了传输参数(渗透率、扩散率)以及电化学参数(电导率、电化学活性比表面积)随催化层微观结构的变化规律.结果表明:在催化层内部,随着水饱和度的降低,催化层不同方向上的气体相对扩散率和相对渗透率均逐渐增大,且当水饱和度为0~0.61时具有较佳的水气传输特性;催化层电导率随着铂颗粒半径的增大而非线性增大,铂颗粒半径由5 nm增大到20 nm时,电导率增大了55.7%;电导率随孔隙直径的增大而逐渐减小,但变化较小;催化层电化学活性比表面积随着铂颗粒半径或者孔隙直径的增大而非线性减小,且减小程度相当. 展开更多

关键词 质子交换膜电解池 阴极催化层 孔隙网络模型 传输特性 电子传导

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质子交换膜电解池阳极钛基气体扩散层研究进展

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作者 顾婷婷 张科 +4 位作者 张心周 刘阳 孙伟才 谭爱东 刘建国 《应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期365-376,共12页

气体扩散层在质子交换膜(PEM)水电解池中有着支撑膜组件、供给反应水、移除气体产物以及降低欧姆电阻的重要作用。PEM水电解池阳极区具有酸性、富氧且高电位的工作环境,对阳极区的气体扩散层具有严苛的要求。气体扩散层结构特性、导电... 气体扩散层在质子交换膜(PEM)水电解池中有着支撑膜组件、供给反应水、移除气体产物以及降低欧姆电阻的重要作用。PEM水电解池阳极区具有酸性、富氧且高电位的工作环境,对阳极区的气体扩散层具有严苛的要求。气体扩散层结构特性、导电性与耐腐蚀性是决定其电化学性能的关键。本文总结了可用于PEM电解池阳极气体扩散层的材料,简述了其结构特性对PEM电解池电化学性能的影响,分析了各种镀层材料在提高气体扩散层的导电性、耐腐蚀性以及电解池阳极氧析出反应(OER)性能方面的作用。最后,展望了气体扩散层在降低成本和提高电解池性能方面的研究趋势。 展开更多

关键词 质子交换膜水电解池 阳极气体扩散层 多孔钛 镀层材料

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质子交换膜电解池内氧气泡输运过程特性 被引量：8

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作者 何旭 罗马吉 陈奔 《江苏大学学报（自然科学版）》 EI CAS 北大核心 2021年第2期139-144,共6页

研究了质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell,PEMEC)阳极流场内的氧气泡运动特性,采用VOF(volume of fluid)方法分析了多孔输运层(porous transport layer,PTL)表面接触角、液态水流速、氧气产生速率及PTL孔径... 研究了质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell,PEMEC)阳极流场内的氧气泡运动特性,采用VOF(volume of fluid)方法分析了多孔输运层(porous transport layer,PTL)表面接触角、液态水流速、氧气产生速率及PTL孔径对氧气泡在流道中运动特性的影响.结果表明:PTL处理为亲水性有利于气泡脱离,降低表面气体覆盖率,促进液态水到达催化层;高的液态水流速会减小气泡脱离时间及脱离体积,降低PTL表面气体覆盖率及容积含气率,促进气泡从流道中排出;气体生成速率增大会提高流道容积含气率和PTL表面气体覆盖率,不利于电解池的运行;随PTL孔径增大,气泡脱离体积增大,脱离时间先减小后增加. 展开更多

关键词 质子交换膜电解池 VOF方法 两相流 氧气泡 输运特性 多孔输运层

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储能用质子交换膜电解池的发展现状 被引量：4

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作者 程俊 叶芳 +2 位作者 张伟 郭航 马重芳 《化学与生物工程》 CAS 2015年第1期1-7,15,共8页

简要介绍了电解技术的发展以及质子交换膜电解池的工作原理,总结了国内外质子交换膜电解池的研究现状及其在储能领域的应用,展望了其发展前景。

关键词 储能 质子交换膜电解池 发展前景

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整流器拓扑结构与电解特性对质子交换膜电解池比能耗影响 被引量：2

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作者 董雁楠 李相俊 +3 位作者 韩子娇 高磊 马少华 姚鑫 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期4131-4141,共11页

整流器拓扑结构与电解特性是影响质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell,PEMEC)比能耗的主要因素。对此,考虑了电解特性中的电化学反应和电堆温度对电压模型的影响,建立了PEMEC电压灰箱模型。该模型用于研究不... 整流器拓扑结构与电解特性是影响质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell,PEMEC)比能耗的主要因素。对此,考虑了电解特性中的电化学反应和电堆温度对电压模型的影响,建立了PEMEC电压灰箱模型。该模型用于研究不同电堆温度、电网供电电压及电堆电流条件下,6脉波桥式、12脉波桥式与基于脉宽调制(pulse width modulation,PWM)电流型3种整流器拓扑结构及理想直流电源对PEMEC比能耗的影响。研究结果表明,相较于6脉波桥式和12脉波桥式整流器,PWM电流型整流器具有更低的电解池比能耗,并与理想直流电源条件下计算结果相近。电解池比能耗随着电堆温度的升高而减小,随着电网供电电压和电堆电流的升高而增大。研究为多种运行工况下不同整流器拓扑结构的电解池比能耗计算提供了有效途径。 展开更多

关键词 整流器拓扑结构 电解特性 质子交换膜电解池 比能耗 电堆温度

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质子交换膜水电解池分布特性研究

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作者 向千禧 杨小康 +2 位作者 孙嘉琦 谢峰 邵志刚 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期4359-4368,共10页

电解水制氢的分布特性对水电解池的性能和寿命有着重要影响。利用分区印刷线路板对电解水的稳态与动态过程进行电流密度分布和温度分布的原位表征,分析在水流量和表观电流密度影响下传质极化对多物理场的作用效果。结果表明,当水电解池... 电解水制氢的分布特性对水电解池的性能和寿命有着重要影响。利用分区印刷线路板对电解水的稳态与动态过程进行电流密度分布和温度分布的原位表征,分析在水流量和表观电流密度影响下传质极化对多物理场的作用效果。结果表明,当水电解池处于电化学极化和欧姆极化区时,电流密度分布和温度分布较为均匀且稳定;而当水电解池处于传质极化控制区时,电流密度分布差异明显,而且传质极化程度越大局部电流密度分布差异越大,对应温度分布的高温区随流量增大从进水侧逐渐向出水侧偏移。此外,采用归一化电流密度分布分析了动态过程中电流密度的分布演化过程,结果表明,造成水电解池分布均一性变化的主要原因是传质极化,传质极化发生过程中靠近下游出口区域的低电流密区逐渐增大,最终形成稳定传质极化时的分布特征。 展开更多

关键词 质子交换膜水电解池 电流密度分布 温度分布 制氢 传质

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不同材料作为阳极扩散层对质子交换膜水电解池性能的影响 被引量：8

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作者 张萍俊 孙树成 +4 位作者 俞红梅 徐洪峰 邵志刚 刘锋 田博元 《可再生能源》 CAS 北大核心 2019年第10期1429-1433,共5页

文章分别选用钛毡、烧结钛板与碳纸作为阳极气体扩散层,组装单节质子交换膜水电解池,并进行极化曲线和稳定性测试,以及交流阻抗测试和物理表征。研究结果表明:在常压,60℃的条件下,钛毡具有最好的电解性能;在电流密度为2.0A/cm^2的稳定... 文章分别选用钛毡、烧结钛板与碳纸作为阳极气体扩散层,组装单节质子交换膜水电解池,并进行极化曲线和稳定性测试,以及交流阻抗测试和物理表征。研究结果表明:在常压,60℃的条件下,钛毡具有最好的电解性能;在电流密度为2.0A/cm^2的稳定性测试中,烧结钛板扩散层、钛毡扩散层和碳纸扩散层的衰减率分别为65,73,386mV/h;钛毡更适合作为质子交换膜水电解池的阳极扩散层。 展开更多

关键词 质子交换膜水电解池 阳极扩散层 制氢

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质子交换膜电解水制氢技术的发展现状及展望 被引量：60

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作者 何泽兴 史成香 +4 位作者 陈志超 潘伦 黄振峰 张香文 邹吉军 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期4762-4773,共12页

氢能是支撑起智能电网和可再生能源发电规模化的最佳能源载体,而电解水制氢是实现制氢规模化的重要途径。在多种电解水制氢技术中,质子交换膜电解水技术由于具备电流密度大、产氢纯度高、响应速度快等优势,吸引了科学界和工业界的广泛... 氢能是支撑起智能电网和可再生能源发电规模化的最佳能源载体,而电解水制氢是实现制氢规模化的重要途径。在多种电解水制氢技术中,质子交换膜电解水技术由于具备电流密度大、产氢纯度高、响应速度快等优势,吸引了科学界和工业界的广泛重视。本文首先介绍了质子交换膜电解池的结构组成以及各组成的主要作用,对比分析了碱性电解池、固体氧化物电解池与质子交换膜电解池的技术差异,并结合电解水析氢反应以及析氧反应的机理阐释,分别介绍了两步半反应的常用催化剂;然后,从最初的实验室研究阶段到目前兆瓦级别的质子交换膜电解水系统,回顾了该技术的发展历程以及应用现状;其次,从制氢成本、电堆性能及电堆寿命等多角度分析目前该技术面临的瓶颈问题;最后,根据质子交换膜电解池的技术优势,并针对上游间歇性可再生能源的需求以及和下游产业的联合应用,对其未来前景进行了展望。 展开更多

关键词 质子交换膜电解池 可再生能源 制氢 催化剂 储能

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循环压缩对PEM电解池性能的影响

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作者 张威 罗马吉 +1 位作者 刘成 周威 《江苏大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2022年第6期645-649,656,共6页

针对质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell, PEMEC)组件在使用过程中可能会发生损坏,需要重复装配和拆卸电解池进行更换或维修操作等问题,研究了循环加载压力对PEM电解池性能的影响,对循环试验前后的多孔扩散层... 针对质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell, PEMEC)组件在使用过程中可能会发生损坏,需要重复装配和拆卸电解池进行更换或维修操作等问题,研究了循环加载压力对PEM电解池性能的影响,对循环试验前后的多孔扩散层(porous transport layer, PTL)表面形貌进行了SEM(scanning electron microscope)电镜表征.结果表明:循环压缩后,PTL的结构发生不可逆的变化,从而影响电解池的性能;在高电流密度区间,电解池性能受循环压缩影响幅度呈现缓慢下降趋势;在较高夹紧压力下,循环压缩次数的增加对电解池性能影响逐渐减弱,适当提高装配压力可以减小重复装配对电解池性能的不利影响. 展开更多

关键词 质子交换膜电解池 循环压缩 压力加载 多孔扩散层 SEM

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PEM水电解池装配接触压力试验 被引量：1

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作者 龙盼 罗马吉 陈奔 《江苏大学学报（自然科学版）》 EI CAS 北大核心 2021年第3期257-263,共7页

由于质子交换膜水电解池(proton exchange membrane water electrolyzer,PEMWE)核心组件膜电极(membrane electrode assembly,MEA)上的压力分布对电解池性能有较大的影响,因此,对水电解池不同装配方案对膜电极上压力分布的影响进行了研... 由于质子交换膜水电解池(proton exchange membrane water electrolyzer,PEMWE)核心组件膜电极(membrane electrode assembly,MEA)上的压力分布对电解池性能有较大的影响,因此,对水电解池不同装配方案对膜电极上压力分布的影响进行了研究.首先,采用压敏纸替换电解池核心组件膜电极;然后,采用不同装配方案组装质子交换膜水电解池,通过试验观察与图像处理技术分析压敏纸上压力分布情况,获得不同装配方案对膜电极上压力分布的影响.结果表明:随着电解池装夹压力的增加,膜电极上压力值逐渐变大,且分布更均匀,但压力过大会导致阴极扩散层碳纸损坏;方案5是最佳的装配方案,既保证了密封效果,又保证了膜电极压力分布. 展开更多

关键词 质子交换膜水电解池 装配方案 压敏纸 膜电极 压力分布

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海洋动载荷下船用PEMEC多物理传输建模及影响分析

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作者 金亚东 李悦 +1 位作者 杨超 阚安康 《上海海事大学学报》 北大核心 2025年第1期128-135,共8页

为探究船用质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell,PEMEC)在海洋动载荷下的多相流动过程和电解反应性能,采用数值模拟方法构建包含多物理场传递和电解反应的三维非稳态数学模型,预测典型海洋动载荷下的水电解制... 为探究船用质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell,PEMEC)在海洋动载荷下的多相流动过程和电解反应性能,采用数值模拟方法构建包含多物理场传递和电解反应的三维非稳态数学模型,预测典型海洋动载荷下的水电解制氢过程,并通过实验验证了模型的准确性,误差小于5%。结果表明:海洋动载荷主要影响PEMEC阳极侧多相流的黏性和惯性作用。摇荡载荷导致低黏性的氧气运动滞后而在阳极多孔电极内分布不均匀。纵摇载荷下氧气浓度分布为0.0140~0.0318 kmol/m^(3),电解电流密度比稳态工况的低9.77%。垂荡载荷有利于改善氧气沿电极厚度方向的输送,氧气浓度降低38.14%~77.73%。研究证明摇摆载荷对PEMEC多相流传输和电解性能不利,而垂荡载荷会强化多相流传输和电解性能。 展开更多

关键词 质子交换膜电解池(PEMEC) 海洋动载荷 多自由度 多物理场

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PEMEC压缩阴极气体扩散层内两相传输特性的孔隙网络模拟 被引量：2

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作者 陈黎 罗马吉 刘成 《江苏大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第6期651-656,共6页

采用三维孔隙网络模拟方法对Toray 090型碳纸随机重构,分析了不同压缩率下质子交换膜电解池阴极气体扩散层(gas diffusion layer,GDL)的氢气突破压力、毛细压力分布、相对渗透率和相对扩散率随水饱和度的变化,并对氢气在阴极GDL中传输... 采用三维孔隙网络模拟方法对Toray 090型碳纸随机重构,分析了不同压缩率下质子交换膜电解池阴极气体扩散层(gas diffusion layer,GDL)的氢气突破压力、毛细压力分布、相对渗透率和相对扩散率随水饱和度的变化,并对氢气在阴极GDL中传输的传质关系式进行了研究.结果表明:根据孔隙网络模拟计算得到的数据重新拟合氢气传质关系式更适合描述氢气在阴极GDL中的传输;不同压缩率下,氢气在GDL中的传质性能参数(相对渗透率和相对扩散率)几乎不变;随着压缩率的增大,氢气在GDL中传输的阻力也随之增大,导致产生的氢气在质子交换膜界面的压力增大,氢气更容易从阴极跨膜渗漏到阳极. 展开更多

关键词 质子交换膜电解池 孔隙网络模型 气体扩散层 压缩 两相流 氢气传输

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基于PEMWE的光伏氢能生产系统的性能分析 被引量：5

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作者 李春华 朱新坚 《可再生能源》 CAS 北大核心 2012年第9期6-10,共5页

提出了利用光伏电能通过质子交换膜水电解池(PEMWE)电解水制氢气的光伏氢能生产系统,实现光伏电能的长期能源存储,其主要元件包括光伏组件、PEMWE、氢气罐和氢气压缩机等。建立了各元件数学模型和系统效率模型,使用MATLAB搭建了基于PEMW... 提出了利用光伏电能通过质子交换膜水电解池(PEMWE)电解水制氢气的光伏氢能生产系统,实现光伏电能的长期能源存储,其主要元件包括光伏组件、PEMWE、氢气罐和氢气压缩机等。建立了各元件数学模型和系统效率模型,使用MATLAB搭建了基于PEMWE的光伏氢能生产系统的仿真模型,并对其运行性能进行了分析。仿真结果表明,PEMWE可以在变功率模式下将光伏电能转换为氢能,系统效率达70%左右。 展开更多

关键词 光伏组件 质子交换膜水电解池 氢能 系统效率 仿真

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多孔TiC/TiO_2壳-芯复合物制备、表征分析及应用研究

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作者 闫巍 隋升 李斯琳 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期139-143,共5页

针对PEMWE阳极催化剂,对具有多孔结构和较高比表面积的纳米TiC采用控制氧化进程的方法,进行了表面物相和微孔结构改性,形成多孔结构的TiC-TiO2壳-芯复合物,并以处理后的TiO2-TiC原位复合物作为载体,制成了具有高活性的负载型催化剂。通... 针对PEMWE阳极催化剂,对具有多孔结构和较高比表面积的纳米TiC采用控制氧化进程的方法,进行了表面物相和微孔结构改性,形成多孔结构的TiC-TiO2壳-芯复合物,并以处理后的TiO2-TiC原位复合物作为载体,制成了具有高活性的负载型催化剂。通过X射线衍射光谱法(XRD),布鲁瑙尔-埃利特-特勒法(BET)和透射电子显微镜法(TEM)等多种表征方法,证明了改性后的TiC-TiO2比表面积比TiC增加了2倍以上,具有多矿相复合结构。循环伏安测试表明,Ir/TiC催化剂的析氧峰值电流是Ir黑的5倍,而经过改性后的TiC-TiO2负载的Ir催化剂则是Ir/TiC催化剂的析氧峰值电流的6倍。很明显改性后的TiO2-TiC原位复合物具有更大的比表面积和孔体积,更好地分散了贵金属Ir,大大提高了析氧反应的催化活性。 展开更多

关键词 TiO2-TiC壳-芯复合物 载体 阳极催化剂 质子交换膜水电解池(PEMWE) 负载催化剂

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