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

在线阅读 下载PDF 职称材料

质子交换膜燃料电池Pt/C阴极氧还原动力学模拟 被引量：3

2

作者 李赏 周芬 +1 位作者 陈磊 潘牧 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期129-134,共6页

质子交换膜燃料电池的商业化应用迫切要求降低其Pt载量.本文通过Pt/C氧还原电极的动力学模型计算,研究了Pt/C电极中的氧分布、生成电流以及满足实际应用的最小Pt载量.结果表明,燃料电池Pt/C电极,阴极产生严重浓差极化的催化层厚度为40... 质子交换膜燃料电池的商业化应用迫切要求降低其Pt载量.本文通过Pt/C氧还原电极的动力学模型计算,研究了Pt/C电极中的氧分布、生成电流以及满足实际应用的最小Pt载量.结果表明,燃料电池Pt/C电极,阴极产生严重浓差极化的催化层厚度为40μm;功率密度达到1.4 W·cm^(-2)(2.1 A·cm^(-2)@0.67 V)的电池性能需要3μm左右的Pt/C阴极催化层,阴极Pt载量为0.122 mg·cm^(-2),即可使膜电极的阴极铂用量低于0.087 g·k W-1. 展开更多

关键词 PT/C电极 氧还原 传质 Pt载量 燃料电池

在线阅读 下载PDF 职称材料

质子交换膜燃料电池集流板的欧姆热效应研究

3

作者 裴后昌 詹志刚 +1 位作者 涂正凯 潘牧 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2011年第11期1361-1363,共3页

通过分析研究质子交换膜燃料电池集流板的欧姆热效应,得出了集流板欧姆热方程,并用此方程分析了不同材料、厚度、高度以及引线方式的集流板对其发热量的影响。研究发现集流板的发热量过大,会使得与其相邻的单电池由于温度过高而导致该... 通过分析研究质子交换膜燃料电池集流板的欧姆热效应,得出了集流板欧姆热方程,并用此方程分析了不同材料、厚度、高度以及引线方式的集流板对其发热量的影响。研究发现集流板的发热量过大,会使得与其相邻的单电池由于温度过高而导致该单电池性能下降。通过对比集流板与电池的发热量,发现在一定条件下集流板的发热量已不能忽略,因而,在实际应用中必须考虑集流板的冷却设计。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 集流板 欧姆热

在线阅读 下载PDF 职称材料

燃料电池微孔层在反极高电势下的电化学腐蚀 被引量：3

4

作者 周江峰 蔡超 +2 位作者 饶妍 谭金婷 潘牧 《电源技术》 CAS 北大核心 2020年第8期1126-1128,1147,共4页

微孔层衰退是影响质子交换膜燃料电池寿命的重要因素之一,国内外学者对阴极微孔层衰退已经进行了广泛的研究。而电池在实际运行过程中极易发生反极,电池反极会使阳极产生高电势(1.6 V左右),可能会导致阳极微孔层衰退,目前关于阳极微孔... 微孔层衰退是影响质子交换膜燃料电池寿命的重要因素之一,国内外学者对阴极微孔层衰退已经进行了广泛的研究。而电池在实际运行过程中极易发生反极,电池反极会使阳极产生高电势(1.6 V左右),可能会导致阳极微孔层衰退,目前关于阳极微孔层衰退的研究几乎没有报道。在电化学工作站上模拟了燃料电池阳极反极产生的高电势(1.6 V),对阳极微孔层电化学腐蚀进行了研究。研究发现,在反极电势下腐蚀后,微孔层疏水性急剧降低、MPL表面形成明显的孔洞、孔径减小且电池性能急剧下降,这表明微孔层发生严重的碳腐蚀,严重降低微孔层的水管理能力。该研究结果对开发抗反极微孔层具有重要意义。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 反极 微孔层 碳腐蚀 电化学腐蚀

在线阅读 下载PDF 职称材料

织构气体扩散层表面氢氧燃料电池阴极超低Pt载量催化层的磁控溅射法制备 被引量：2

5

作者 刘家明 傅凯林 +2 位作者 张泽 郭伟 潘牧 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期542-547,共6页

采用磁控溅射技术在具有织构结构的气体扩散层(GDL)表面制备了可应用于氢氧质子交换膜燃料电池的超低Pt载量阴极催化层,并通过SEM、轮廓仪和XRD等测试方法表征了GDL及其载Pt后的形貌和物相,利用XPS分析溅射Pt的化学价态,使用电池测试台... 采用磁控溅射技术在具有织构结构的气体扩散层(GDL)表面制备了可应用于氢氧质子交换膜燃料电池的超低Pt载量阴极催化层,并通过SEM、轮廓仪和XRD等测试方法表征了GDL及其载Pt后的形貌和物相,利用XPS分析溅射Pt的化学价态,使用电池测试台表征其电池性能.测试结果表明,磁控溅射法在GDL表面沉积的Pt催化层载量可控且分布均匀;与商业GDL对比,Pt在织构GDL表面具有更大的可附着面积.电池性能测试结果显示,当Pt载量为0. 04 mg/cm^2时,以织构GDL作基材的样品质量比功率高达26. 25k W/g Pt,远大于商业GDL作基材时的17. 76 k W/g Pt,也大于同等Pt载量下商业Pt/C催化剂的24. 00k W/g Pt. 展开更多

关键词 磁控溅射 氢氧质子交换膜燃料电池 超低铂载量 织构气体扩散层

在线阅读 下载PDF 职称材料

质子交换膜燃料电池微孔层在反极过程中的耐久性研究 被引量：2

6

作者 张立昌 蔡超 +3 位作者 谭金婷 周江峰 王园 潘牧 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第14期63-69,共7页

微孔层在启停、反极等高电位下的电化学腐蚀是影响质子交换膜燃料电池寿命的重要因素。目前关于微孔层的腐蚀研究多数是采用离线测试方法模拟反极过程的高电位,研究结果显示微孔层在高电位下碳腐蚀严重,接触角明显减小,且对电池性能造... 微孔层在启停、反极等高电位下的电化学腐蚀是影响质子交换膜燃料电池寿命的重要因素。目前关于微孔层的腐蚀研究多数是采用离线测试方法模拟反极过程的高电位,研究结果显示微孔层在高电位下碳腐蚀严重,接触角明显减小,且对电池性能造成严重影响。但是实际反极测试结果与离线测试结果相悖。本工作通过在线反极测试研究微孔层在反极过程中的耐久性,评价反极前后微孔层对电池性能的影响机制。此外,对比分析在线反极和传统的离线试验过程与结果发现,由于离线测试时微孔层是浸泡在电解质溶液中,电解质增加了微孔层的质子传导能力,从而加快了碳腐蚀速率,而在线反极试验过程中微孔层并没有出现明显的碳腐蚀,因此传统的离线高电位腐蚀试验并不能模拟真实的反极电化学腐蚀过程。通过设计一种带有电解质的微孔层,进一步研究在线反极过程中电解质对碳腐蚀的影响,验证了在高电位下电解质的存在能够促进碳电化学腐蚀反应的发生。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 在线反极 离线恒电位 微孔层 碳腐蚀

在线阅读 下载PDF 职称材料

频繁反极对燃料电池膜电极抗反极能力及性能影响 被引量：1

7

作者 陈威 蔡超 +1 位作者 谭金婷 潘牧 《电源技术》 CAS 北大核心 2021年第5期645-648,共4页

质子交换膜燃料电池中发生的反极现象严重制约了其寿命,目前国内外研究者聚焦于膜电极的一次抗反极能力,而反极事件极有可能在整个燃料电池电堆运行期间频繁发生。在单电池上模拟电堆反极的状态并对阳极添加有氧化铱催化剂的抗反极膜电... 质子交换膜燃料电池中发生的反极现象严重制约了其寿命,目前国内外研究者聚焦于膜电极的一次抗反极能力,而反极事件极有可能在整个燃料电池电堆运行期间频繁发生。在单电池上模拟电堆反极的状态并对阳极添加有氧化铱催化剂的抗反极膜电极进行多次反极实验,采用一系列电化学诊断工具和扫描电镜来研究其反极行为和性能衰退情况。结果表明膜电极的抗反极时间随着经历反极次数增多而急剧缩短。在经历三次反极后,电池功率密度衰退了近50%,阳极电化学活性面积降低了63.4%,而阴极侧仅降低了5.5%,此时阳极活化极化对电池性能的影响不可忽视,电池在800 mA/cm2时内阻增加为原来的3倍。扫描电镜观察到碳载体被严重腐蚀,催化层结构坍塌,反极使得阳极催化层厚度减薄了约50%,氧化铱颗粒发生了明显团聚。该研究结果对于设计可靠、耐久的抗反极膜电极具有重要意义。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 反极 反极时间 性能衰退

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于微型燃料电池阴极氧气传输的研究 被引量：1

8

作者 王顺忠 李笑晖 +2 位作者 宛朝辉 艾勇诚 潘牧 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1334-1336,共3页

燃料电池中阴极的氧气传输涉及不同的机理,包括气体在流场中的对流、在气体扩散层(GDL)中的分子扩散、在催化层(CL)中的努森扩散及在水膜和离子膜中的渗透作用。氧气传输阻力可用单电池的极限电流来评价。通过调控氮氧混合气中氧气的百... 燃料电池中阴极的氧气传输涉及不同的机理,包括气体在流场中的对流、在气体扩散层(GDL)中的分子扩散、在催化层(CL)中的努森扩散及在水膜和离子膜中的渗透作用。氧气传输阻力可用单电池的极限电流来评价。通过调控氮氧混合气中氧气的百分含量测得一系列的极限电流(I),计算出不同氧分数下的总传输阻力(R_(total))。从R_(total)-I曲线可知,氧气在燃料电池中的传输分为两个区域:一是干态区域(电流密度小于1500 mA/cm^2),R_(total)趋近于常数;二是湿态区域(电流密度大于1 500 mA/cm^2),R_(total)急剧上升。R_(total)-I曲线能清晰反映燃料电池在各电流密度下工作时的氧气传输情况。 展开更多

关键词 燃料电池 氧气传输阻力 极限电流 Rtotal-I曲线

在线阅读 下载PDF 职称材料

质子交换膜电解池阴极催化层的孔隙网络模拟

9

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

PEMFCs催化层内离聚物薄膜功能与热处理温度的对应关系

10

作者 余晗 周芬 潘牧 《电源技术》 北大核心 2025年第8期1742-1750,共9页

催化层内离聚物薄膜功能受催化层制备过程中热处理过程影响,是决定电池性能的关键。在系统研究催化层离聚物薄膜在80~240℃温度区间热处理过程与功能的对应关系后发现:经热处理的离聚物薄膜,电池性能并不随热处理温度单调变化,在155℃下... 催化层内离聚物薄膜功能受催化层制备过程中热处理过程影响,是决定电池性能的关键。在系统研究催化层离聚物薄膜在80~240℃温度区间热处理过程与功能的对应关系后发现:经热处理的离聚物薄膜,电池性能并不随热处理温度单调变化,在155℃下,使用处理后的离聚物薄膜的燃料电池系统呈现出最佳的电池峰值功率密度。原因是离聚物薄膜的质子传导功能和氧传输功能随热处理温度呈现出相反的变化趋势。具体来说,在tα转变温度之上,随着热处理温度升高,膜的质子传导阻抗增大,氧传质阻力降低(阻抗从11.25 mΩ·cm^(2)增大至40.5 mΩ·cm^(2),膜氧传质阻力从50.97 s/m降低至18.45 s/m)。在二者的协同作用下,质子交换膜燃料电池催化层内离聚物薄膜存在最佳的热处理温度,在这个温度下,电池能实现峰值功率密度。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 全氟磺酸离聚物 热处理 离聚物薄膜 离聚物薄膜功能

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于卡尔曼增益动态修正的动力电池SOC估算 被引量：3

11

作者 朱智超 罗马吉 张超 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期101-104,共4页

扩展卡尔曼滤波法(EKF)被认为是一种精度较高的电动汽车动力电池荷电状态(SOC)估算法,但是观测方程误差会对SOC估算结果带来影响。对EKF滤波过程进行改进,根据观测方程的误差对原EKF滤波过程增设动态卡尔曼增益修正系数,提出基于卡尔曼... 扩展卡尔曼滤波法(EKF)被认为是一种精度较高的电动汽车动力电池荷电状态(SOC)估算法,但是观测方程误差会对SOC估算结果带来影响。对EKF滤波过程进行改进,根据观测方程的误差对原EKF滤波过程增设动态卡尔曼增益修正系数,提出基于卡尔曼增益动态修正的动力电池SOC估算法。仿真结果表明EKF法可以有效克服SOC初始值不准确所造成的估算误差,动态卡尔曼增益修正系数可以进一步减小由于观测方程误差造成的SOC估算误差,使估算误差保持在5%之内。 展开更多

关键词 扩展卡尔曼滤波 动态卡尔曼增益修正系数 SOC估算 经验公式模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

连通孔结构微孔层的制备及传质性能研究

12

作者 于鸿昊 李超磊 +1 位作者 马震翔 谭金婷 《电源技术》 北大核心 2025年第3期608-614,共7页

微孔层(MPL)是调控质子交换膜燃料电池(PEMFC)水气管理的重要部件,提高MPL传质能力对保障电池高功率稳定输出具有重要作用。采用冷冻铸造法制备连通孔结构MPL,通过调节碳含量改善孔连通结构,并结合物理和电化学表征分析其传质能力。结... 微孔层(MPL)是调控质子交换膜燃料电池(PEMFC)水气管理的重要部件,提高MPL传质能力对保障电池高功率稳定输出具有重要作用。采用冷冻铸造法制备连通孔结构MPL,通过调节碳含量改善孔连通结构,并结合物理和电化学表征分析其传质能力。结果表明:相比于传统样品,连通孔结构MPL的传质能力更强,单电池性能更优异。随着碳体积分数(φC)增加,MPL结构更加致密,孔连通程度和传质能力呈现先增大后减小的趋势。当φC=90%时,孔连通度最高,较传统样品提高了16.4%;相应的传质能力也最好,单电池性能最高可达1.94 W/cm_(2)。这为开发PEMFC高性能膜电极提供了重要的理论基础。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 微孔层 连通孔 传质

在线阅读 下载PDF 职称材料

PEMFC催化层疏水性对冷启动冰容量的影响 被引量：1

13

作者 薛坤鹏 周芬 潘牧 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第12期2469-2477,共9页

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)冷启动问题是制约其产业发展的重要因素之一,其中冰容量是衡量冷启动的一个重要指标,冰容量越大,冷启动性能越好。普遍认为冰容量只受阴极催化层和质子交换膜的储水量影... 质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)冷启动问题是制约其产业发展的重要因素之一,其中冰容量是衡量冷启动的一个重要指标,冰容量越大,冷启动性能越好。普遍认为冰容量只受阴极催化层和质子交换膜的储水量影响,而忽视了催化层排水量。提出催化层排水量也会对冰容量产生较大影响,并首次将冷启动期间催化层排水量纳入冰容量计算。结合试验数据和理论计算分析发现催化层排水量对冰容量的贡献甚至可以达到50%。利用疏水碳载体催化剂提高催化层疏水性,研究催化层疏水性对排水量和冰容量的影响。结果发现在−7℃下,疏水处理后的膜电极排水量增大引起的容量增加了0.75 mg/cm^(2),提升幅度达到了38.2%。这表明提升催化层疏水性、增加排水量可以提升冰容量,并且启动温度越高提升幅度越大。最后,冻融循环(F/T)测试表明疏水性高的催化层冰容量更加稳定。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 催化层排水量 冷启动 冰容量 催化层疏水性

在线阅读 下载PDF 职称材料

工作电压对PEMFC膜电极衰退影响模拟研究 被引量：1

14

作者 谭耀文 姜攀星 +3 位作者 杜青 余婉秋 温小飞 詹志刚 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期974-986,共13页

为研究长期稳定运行条件下,工作电压对质子交换膜燃料电池膜电极衰退状况的影响,建立了包含碳腐蚀、Pt氧化与溶解以及离聚物降解的PEMFC多物理场耦合模型进行数值模拟。研究结果表明:随着工作电压增加,阴极催化层中Pt溶解与碳腐蚀速率加... 为研究长期稳定运行条件下,工作电压对质子交换膜燃料电池膜电极衰退状况的影响,建立了包含碳腐蚀、Pt氧化与溶解以及离聚物降解的PEMFC多物理场耦合模型进行数值模拟。研究结果表明:随着工作电压增加,阴极催化层中Pt溶解与碳腐蚀速率加快,500 h后Pt表面氧化的区域大幅增加,阴极催化层中团聚体半径与质子交换膜中磺酸基团浓度剧烈减小,衰退区域主要集中在阴极入口处且高电压下衰退程度急剧增加。电池在0.8 V下运行500 h后,阴极入口处阴极催化层与膜厚度显著减小,分别降低13.62%与35.30%;阴极催化层电化学活性面积和膜的离子电导率分别减小59.9%与6.9%,膜的当量质量增加7.4%,且上述指标前100 h内衰退剧烈,随后逐渐趋于平缓。可为膜电极材料设计与控制策略的优化提供参考。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 膜电极 工作电压 计算流体力学 衰退 模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

高电位下PEMFC阴极催化层Pt对碳腐蚀的影响

15

作者 刘明俊 周芬 +3 位作者 朱振 黄鹏涛 姚志鹏 潘牧 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第6期1003-1010,共8页

结合非色散红外光谱(NDIR)和电化学表征的方法研究了质子交换膜燃料电池阴极催化层在0.8 V恒电位下,碳腐蚀的变化规律及其对Pt氧化过程的依赖性。研究发现0.8 V恒电位下,Pt会导致碳载体的腐蚀更加剧烈。运行100 h后,Pt/C电极的碳损失质... 结合非色散红外光谱(NDIR)和电化学表征的方法研究了质子交换膜燃料电池阴极催化层在0.8 V恒电位下,碳腐蚀的变化规律及其对Pt氧化过程的依赖性。研究发现0.8 V恒电位下,Pt会导致碳载体的腐蚀更加剧烈。运行100 h后,Pt/C电极的碳损失质量达到8.7%,是纯碳电极的3.5倍。Pt/C电极的碳腐蚀规律可以分为三个阶段,第一阶段呈对数增长,第三阶段呈线性增长,中间存在混合增长区。而Pt氧化物累积量分析表明Pt的氧化呈现出两段对数关系,且中间存在一个过渡区,这解释了碳腐蚀的三段规律。活跃的Pt-OH催化碳腐蚀,并快速转化成PtO_(x)等惰性氧化物,大幅降低对碳腐蚀的促进作用,当Pt-OH含量稳定后,碳腐蚀速率达到稳态。电位阶跃工况下,Pt氧化物增长速度明显降低,碳载体质量损失达到了15.55%,几乎是恒电位工况的2倍,表明控制Pt氧化物累积速度会加速碳载体的腐蚀。 展开更多

关键词 碳载体腐蚀 0.8 V恒电位 PT催化剂 Pt氧化物

在线阅读 下载PDF 职称材料

微通道型氨裂解制氢反应器的模拟分析

16

作者 卢星辰 陈蕊 +1 位作者 詹志刚 唐浩林 《电池》 CAS 北大核心 2024年第5期622-627,共6页

为优化微通道型氨裂解制氢反应器的性能,建立三维稳态多物理场耦合数值模型,模拟研究反应器内速度、密度、温度、浓度和反应速率的分布情况,以及流道长度和操作条件对NH 3转化率的影响。随着反应的进行,由入口沿着流道长度方向流体流速... 为优化微通道型氨裂解制氢反应器的性能,建立三维稳态多物理场耦合数值模型,模拟研究反应器内速度、密度、温度、浓度和反应速率的分布情况,以及流道长度和操作条件对NH 3转化率的影响。随着反应的进行,由入口沿着流道长度方向流体流速增加,密度则下降;温度梯度和浓度梯度在入口处附近最显著,氨裂解反应主要集中在微通道的前半段,在基准工况(温度773 K、压力101.325 kPa和流量400 mL/min)下,距离入口50%长度段内,至少有80%的NH_(3)发生了裂解;增加流道长度、升高温度、减少流量和降低压力都可提高NH 3转化率,其中温度的影响最大。当温度T≥823 K时,即使流量达到800 mL/min、压力在0.7 MPa下,NH_(3)的转化率也能达到83.79%。 展开更多

关键词 氨 制氢 微通道 数值模拟 传热 传质

在线阅读 下载PDF 职称材料

薄膜PEMFC无加湿运行工况区间研究

17

作者 向鑫 陈小松 +1 位作者 卢星辰 詹志刚 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第10期1953-1959,共7页

为探究相对湿度对薄膜质子交换膜燃料电池性能的影响,建立了阴阳极流场流道相互垂直形式的薄膜燃料电池三维稳态模型进行模拟研究,同时以相同结构的电堆进行实验验证。结果表明:对于12μm薄膜质子交换膜燃料电池(PEMFC),在一定背压(100~... 为探究相对湿度对薄膜质子交换膜燃料电池性能的影响,建立了阴阳极流场流道相互垂直形式的薄膜燃料电池三维稳态模型进行模拟研究,同时以相同结构的电堆进行实验验证。结果表明:对于12μm薄膜质子交换膜燃料电池(PEMFC),在一定背压(100~250 kPa)与温度范围(70~90℃)内,以及阴极相对湿度为0/100%、阳极相对湿度为0运行时,I-V曲线上存在加湿后性能提升、不变及下降三个区间;加湿后性能提升与不变区间随温度升高而减小,随压力增大而增大;加湿后性能下降区间随温度升高而增大,随压力增大而减小。在80℃、150 kPa条件下,电池在低于1200 mA/cm^(2)运行,加湿后性能略有提升,在1200~1400 mA/cm^(2)加湿后性能没有变化,在高于1400 mA/cm^(2)加湿后性能下降。说明该结构的电池可以实现无加湿运行。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 薄膜 相对湿度 无加湿 模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

PEMFC启停工况下的阳极氢空混合区域分析

18

作者 时贞勃 涂重阳 +1 位作者 谭金婷 潘牧 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第6期1018-1024,共7页

质子交换膜燃料电池在启停工况下,一般认为,阳极流道中形成氢空界面,产生阴极高电位,导致阴极材料发生电化学腐蚀。实际上,氢气与空气接触时会发生对流与扩散,阳极流道中将形成氢空混合区域。通过推导氢空混合区域的运动学模型与电解质... 质子交换膜燃料电池在启停工况下,一般认为,阳极流道中形成氢空界面,产生阴极高电位,导致阴极材料发生电化学腐蚀。实际上,氢气与空气接触时会发生对流与扩散,阳极流道中将形成氢空混合区域。通过推导氢空混合区域的运动学模型与电解质电势分布数学模型,进行氢空混合区域范围、时间及电解质电势数值计算。结果表明,氢空混合区域导致的阴极高电位持续时间远超氢空界面存在时间;对应的电解质电势为-0.304~-0.260 V;氢空混合区域的分布范围与持续时间受入口气体流速及流道当量直径影响;当量直径每增加0.1 mm,混合区域最大值将增加4 mm,整体阴极高电位的持续时间将延长1.25%。以上结果为阳极流场的设计和启停工况下的控制策略提供了理论依据。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 氢空混合区域 启停工况 电解质电势

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于TCN-GRU-A模型的PEMFC老化预测方法

19

作者 李浩辰 谢长君 +1 位作者 朱文超 吴航宇 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第9期1814-1819,共6页

为实现对动态工况下质子交换膜燃料电池(PEMFC)的老化预测,并提升门控循环单元网络(GRU)的预测能力,提出了一种将时间卷积网络(TCN)、注意力机制(Attention)和GRU结合起来的TCN-GRU-A预测方法,通过引入TCN层提升GRU特征提取能力,并用注... 为实现对动态工况下质子交换膜燃料电池(PEMFC)的老化预测,并提升门控循环单元网络(GRU)的预测能力,提出了一种将时间卷积网络(TCN)、注意力机制(Attention)和GRU结合起来的TCN-GRU-A预测方法,通过引入TCN层提升GRU特征提取能力,并用注意力机制对GRU输出特征进行加权以提升预测精度。采用PEMFC动态耐久实验数据集进行验证,通过与多种深度学习模型的预测结果对比表明:在对全电流负载数据和定电流负载数据进行的预测中,该预测方法均具有更小的预测误差和更好的拟合度。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 动态工况 老化预测 深度学习

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于不同商业化炭黑的PEMFC微孔层的耐腐蚀性能

20

作者 刘金鑫 张立昌 谭金婷 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第8期1653-1661,共9页

反极产生的高电位会对微孔层造成不可逆的碳腐蚀损伤,严重缩短了PEMFC的寿命,因此研究由反极引发的微孔层中的碳腐蚀问题对强化PEMFC耐久性具有重要的科学意义。选择4种不同石墨化程度的商业化炭黑制成微孔层,分析其高电位腐蚀前后的性... 反极产生的高电位会对微孔层造成不可逆的碳腐蚀损伤,严重缩短了PEMFC的寿命,因此研究由反极引发的微孔层中的碳腐蚀问题对强化PEMFC耐久性具有重要的科学意义。选择4种不同石墨化程度的商业化炭黑制成微孔层,分析其高电位腐蚀前后的性能。结果表明提高炭黑的石墨化程度、降低其比表面积,腐蚀后GDL表面亲疏水性、表面形貌、孔结构等物理性质的退化程度有所缓解,单电池性能的衰退程度也减轻。四种炭黑的抗腐蚀强度为乙炔黑>XC-72>科琴黑>BP2000,由乙炔黑制备的GDL经过电化学腐蚀后各项物理性质几乎没有退化,单电池性能衰退程度较低。这为开发具有优异抗反极能力的阳极微孔层,提高PEMFC耐久性提供重要的理论依据。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 微孔层 反极 商业化炭黑 碳腐蚀

在线阅读 下载PDF 职称材料