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相对湿度对PEMFC加载过程中动态响应的影响分析 被引量:2
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作者 刘永峰 张璐 +2 位作者 裴普成 刘鑫桐 禹永帅 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期89-97,共9页
为研究电流阶跃变化过程中相对湿度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态性能的影响,提出动态传热(DHT)数值模型。该模型考虑了相对湿度和阶跃电流对输出电压的影响,揭示出电流阶跃变化条件下相对湿度对质子交换膜(PEM)内水含量和电流密度... 为研究电流阶跃变化过程中相对湿度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态性能的影响,提出动态传热(DHT)数值模型。该模型考虑了相对湿度和阶跃电流对输出电压的影响,揭示出电流阶跃变化条件下相对湿度对质子交换膜(PEM)内水含量和电流密度分布的响应规律。通过自定义函数(UDF)将DHT模型导入Fluent软件并应用有限体积法进行计算;对工作温度60℃、负载电流的加载幅值5 A、阴极相对湿度100%、阳极相对湿度50%和100%条件下的PEMFC动态响应性能进行了评价;并将通过DHT模型得到的极化曲线和输出电压响应结果与实验数据进行了比较。结果表明:当阴极相对湿度为100%,阳极相对湿度100%的输出电压及最大功率密度优于50%相对湿度;阳极相对湿度为100%时,DHT模型与实验所得极化曲线间误差为2.18%;电流密度的分布与PEM膜内水含量和阳极侧气体加湿程度有关,阳极侧相对湿度提高,跨膜的电流密度分布均匀性下降;当阳极侧相对湿度为50%、100%时,加载前后膜内水含量分布的极差值分别为2.9和3.1 kmol/m^(3)、3和4.2 kmol/m^(3)。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 动态传热(DHT) 动态响应 相对湿度 电流密度分布
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阴极相对湿度对PEMFC电解质水含量及性能的影响 被引量:3
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作者 禹永帅 刘永峰 +2 位作者 裴普成 张璐 姚圣卓 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1755-1764,共10页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作过程中必须确保电解质的充分水合,且要避免凝结的液态水阻塞传质通道。为探究进气相对湿度对PEMFC电解质水含量及输出性能的影响,提出了阴极进气水含量(CIWC)模型。该模型考虑了膜电阻受温度和水含量的影... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作过程中必须确保电解质的充分水合,且要避免凝结的液态水阻塞传质通道。为探究进气相对湿度对PEMFC电解质水含量及输出性能的影响,提出了阴极进气水含量(CIWC)模型。该模型考虑了膜电阻受温度和水含量的影响,推导了电解质水含量计算公式,将CIWC模型耦合进计算流体力学软件Fluent中进行计算。搭建了燃料电池测试平台,在工作温度为60℃,阳极相对湿度100%,阴极相对湿度50%、75%、100%工况下进行实验。将CIWC模型、Fluent内置模型的仿真值与实验值进行比较,并分析阴极侧电解质水含量、膜的电导率、水的摩尔分数分布。结果表明:当阴极相对湿度50%,电压为0.739 V时,CIWC模型精度比Fluent模型提高了17.67%;当阴极相对湿度100%时,CIWC模型与实验值最大相对误差为5.66%。随着阴极进气相对湿度的增加,电解质水含量在电压为0.75 V时不断增大,电压为0.6 V时趋于饱和,从空气入口到出口,电解质水含量、质子电导率、催化层水的摩尔分数沿着流场方向逐渐增大;当阴极相对湿度75%时,电解质水含量分布更均匀,电池输出功率密度最高为272.08 mW/cm^(2)。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 电解质水含量 相对湿度 数值模拟
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基于科赫曲线的PEMFC新型流道设计
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作者 刘轲轲 刘永峰 +2 位作者 裴普成 姚圣卓 张璐 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3361-3368,共8页
质子交换膜燃料电池流道结构对反应气体流动、热交换、电化学反应具有重要影响。目前,常见流道集中在蛇形、叉指形、点状形、波浪形、平行直流道以及相关改进流道,且在气体均匀性、水管理性能和输出性能上仍有待改进。受数学几何领域的... 质子交换膜燃料电池流道结构对反应气体流动、热交换、电化学反应具有重要影响。目前,常见流道集中在蛇形、叉指形、点状形、波浪形、平行直流道以及相关改进流道,且在气体均匀性、水管理性能和输出性能上仍有待改进。受数学几何领域的科赫曲线启发,本团队提出了一种新型流道结构,即以圆心为中心向四周辐射,并在6条主干流道的基础上依次添加不同级别的分支流道,最终形成30个流道出口。建立三维稳态单向等温的燃料电池模型,在工作温度为60℃,进气相对湿度为100%工况下,搭建燃料电池测试平台进行实验,并借助ANSYS Fluent 2020进行仿真,模型仿真结果与实验结果基本吻合,验证了模型的有效性。将新型流道与传统蛇形流道仿真结果进行比较,分析膜电极电流密度、流道氧气质量分布、流道与气体扩散层交界面水质量分布、膜水含量、流道压力等,结果表明,相比蛇形流道,新型流道的进排气口压降较小、流速较慢,但具有反应气体分布更均匀、水管理效果更好和膜电流密度、输出功率更高等优势,且峰值电流密度增加9.60%、峰值功率密度增加12.70%,有望为燃料电池流道结构创新提供新的思路。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 科赫曲线 新型流道 数值模拟
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长寿命中性锌空电池的双改性聚丙烯酸凝胶电解质
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作者 商诺 王克亮 +6 位作者 裴普成 张鹏飞 左亚宇 魏满晖 王恒威 陈卓 钟代源 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期755-761,共7页
为解决传统锌空气电池强碱电解液对汽车小功率部件的腐蚀和安全风险,同时提高锌空电池的性能表现和寿命,对中性凝胶电解质和添加剂的作用进行了研究。将不同量NaCl和纳米SiO2作为添加剂对中性聚丙烯酸(PAA)凝胶进行改性,与纯聚丙烯酸中... 为解决传统锌空气电池强碱电解液对汽车小功率部件的腐蚀和安全风险,同时提高锌空电池的性能表现和寿命,对中性凝胶电解质和添加剂的作用进行了研究。将不同量NaCl和纳米SiO2作为添加剂对中性聚丙烯酸(PAA)凝胶进行改性,与纯聚丙烯酸中性凝胶对照组进行电化学及保水性测试对比,并将各组凝胶放入锌空电池中在不同工况下进行充放电循环测试。结果表明:经双改性的聚丙烯酸凝胶保水性和离子电导率均得到提高,其中9 h保水率由48.91%提升至68.76%,离子电导率达到了211.3 mS/cm;以此为基础的柔性锌空电池工作平稳,0.2 mA/cm^(2)单放电寿命达到了82 h,2 mA/cm^(2)小电流充放电充放电测试中,工作寿命相比于对照组提高了30 h。 展开更多
关键词 锌空气电池 凝胶电解质 凝胶改性 工作寿命 聚丙烯酸(PAA)凝胶
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质子交换膜燃料电池阳极相对湿度对压力降影响的渐近分析 被引量:3
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作者 刘永峰 白世杰 +2 位作者 裴普成 姚圣卓 金涛涛 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 2019年第1期95-100,共6页
阐述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极相对湿度和阳极压力降之间的关系。根据PEMFC实际尺寸,运用气体摩尔比与局部压力比相同的原理,考虑了阳极水蒸气的摩尔流率和质子交换膜的水通率对阳极压力降的影响,建立了阳极相对湿度–压力降(RH... 阐述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极相对湿度和阳极压力降之间的关系。根据PEMFC实际尺寸,运用气体摩尔比与局部压力比相同的原理,考虑了阳极水蒸气的摩尔流率和质子交换膜的水通率对阳极压力降的影响,建立了阳极相对湿度–压力降(RHPD)模型,并通过自定义函数将其导入软件FLUENT中进行仿真。在PEMFC工作温度为60℃、阴极相对湿度为25%、阳极相对湿度25%~75%的工况下进行试验并与仿真结果比较,进行渐进分析。结果表明:阳极压力降随着阳极相对湿度的增加而减小;当阴极和阳极相对湿度分别为25%和75%,相变阶段时间为70 s时,仿真值和试验值相对误差最小值为0.19%。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 阳极压力降 相对湿度 渐进分析
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进气相对湿度对PEMFC能量效率的影响特性分析 被引量:1
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作者 刘鑫桐 刘永峰 +2 位作者 裴普成 张璐 姚圣卓 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期853-859,共7页
为了探究进气相对湿度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电性能的影响,文章提出了PEMFC能量效率(GE)的数值模型。首先,通过用户自定义函数(UDF)将GE模型添加到Fluent中对划分好的网格进行计算;其次,建立PEMFC试验系统,并将工况参数设置为... 为了探究进气相对湿度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电性能的影响,文章提出了PEMFC能量效率(GE)的数值模型。首先,通过用户自定义函数(UDF)将GE模型添加到Fluent中对划分好的网格进行计算;其次,建立PEMFC试验系统,并将工况参数设置为工作温度为60℃、进气压力为10 kPa、进气相对湿度分别为50%和100%;最后,对GE模型、Fluent模型和试验数据进行比较分析。分析结果表明:当进气相对湿度为50%时,GE模型值的精确度比Fluent模型值提高了约15.18%;当进气相对湿度为100%时,GE模型值的精确度比Fluent模型值提高了约21.07%;PEMFC的能量效率随着进气相对湿度的增加而增加,当进气相对湿度为100%,功率密度增加到110.869 mW/cm^(2)时,PEMFC的能量效率为46.879%。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 能量效率 相对湿度 燃料利用率
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两种工况下进气相对湿度对燃料电池性能影响的研究 被引量:5
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作者 樊磊 刘永峰 +2 位作者 裴普成 姚圣卓 王方 《可再生能源》 CAS 北大核心 2018年第8期1163-1167,共5页
为研究进气相对湿度对燃料电池在不同工况(工作温度为70℃,进气相对湿度为40%和100%)下的影响,提出了进气加湿效率(Inlet Humidification Efficiency,IHE)模型。该模型将燃料电池总的水含量分为两部分:外部进气加湿携带的水和内部电化... 为研究进气相对湿度对燃料电池在不同工况(工作温度为70℃,进气相对湿度为40%和100%)下的影响,提出了进气加湿效率(Inlet Humidification Efficiency,IHE)模型。该模型将燃料电池总的水含量分为两部分:外部进气加湿携带的水和内部电化学反应生成的水,由此推导出进气加湿效率公式。建立几何模型并划分计算网格,将进气加湿效率模型导入计算流体动力学软件(Fluent)中进行计算。建立燃料电池测试系统,对工作温度为70℃,进气相对湿度分别为40%和100%的工况进行了试验。对IHE模型、Fluent模型和试验值进行比较分析,结果表明:当电池工作温度为70℃,电流密度为350 m A/cm2,进气相对湿度为100%时,IHE模型精确度比Fluent模型提高了37.4%;当进气相对湿度为40%时,进气加湿效率为34%。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 进气相对湿度 进气携水量 计算流体动力学
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高性能固态锌﹣空气电池的丙烯酰胺与醚类聚合物凝胶电解质 被引量:1
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作者 张鹏飞 王克亮 +4 位作者 裴普成 左亚宇 魏满晖 柳晓添 肖雨 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期395-401,共7页
为了改善传统纽扣式锌-空气电池电解质泄露以及金属外壳易腐蚀的弊端,同时优化锌-空气电池的性能,对电解质中引入添加剂进行了研究。将丙烯酰胺与醚类聚合物混合制备的凝胶电解质与由纯丙烯酰胺制备的电解质进行对比,分别将两种凝胶电... 为了改善传统纽扣式锌-空气电池电解质泄露以及金属外壳易腐蚀的弊端,同时优化锌-空气电池的性能,对电解质中引入添加剂进行了研究。将丙烯酰胺与醚类聚合物混合制备的凝胶电解质与由纯丙烯酰胺制备的电解质进行对比,分别将两种凝胶电解质组装成纽扣式锌-空气电池进行充放电性能测试,并对两组测试结果进行比较分析。结果表明:与传统的聚丙烯酰胺电解质相比,加入了醚类聚合物的新型电解质在粘性、导电性等方面得到明显改善,组装的纽扣式锌-空气电池可以在5 mA的电流下循环充放电35 h以上,具有更好的循环稳定性;在丙烯酰胺中加入醚类聚合物对电解质的性能以及锌-空气电池的性能起到了改善作用。 展开更多
关键词 纽扣式锌-空气电池 凝胶电解质 充放电性能 循环稳定性
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一种铝-空气燃料电池能量重整技术的研究 被引量:1
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作者 魏满晖 王克亮 +4 位作者 裴普成 左亚宇 王恒威 张鹏飞 陈卓 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期809-815,共7页
为探究4 mol/L氢氧化钾电解液中不同锌离子浓度对铝-空气燃料电池负极自腐蚀的影响,提高其放电性能,采用6061铝合金作为负极,氧化锌作为电解液添加剂,进行了析氢失重分析.利用网包负极结构完成了能量的重新整合,并测试了电池的放电性能... 为探究4 mol/L氢氧化钾电解液中不同锌离子浓度对铝-空气燃料电池负极自腐蚀的影响,提高其放电性能,采用6061铝合金作为负极,氧化锌作为电解液添加剂,进行了析氢失重分析.利用网包负极结构完成了能量的重新整合,并测试了电池的放电性能.结果表明:当4 mol/L氢氧化钾电解液中含0.3 mol/L锌离子时,6061铝合金的抑氢效率最高,约为64.364%.在该电解液下,使用网包负极结构的燃料电池以20 mA/cm2电流密度放电时的电极效率和比容量最高,分别约为41.633%和1240.665 A·h/kg,较优化前提升了64.440%.燃料因腐蚀耗散的能量被存储于其表面的沉积锌中,并在负极网的辅助下转化成电能,达到了能量重整的目的,使电池性能得到了显著提升. 展开更多
关键词 铝-空气燃料电池 自腐蚀 能量重整 放电性能
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Simulation and Experiment for Oxygen-enriched Combustion Engine Using Liquid Oxygen to Solidify CO2 被引量:5
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作者 LIU Yongfeng JIA Xiaoshe +3 位作者 pei pucheng LU Yong YI Li SHI Yan 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第1期188-194,共7页
For capturing and recycling of CO2 in the internal combustion engine, Rankle cycle engine can reduce the exhaust pollutants effectively under the condition of ensuring the engine thermal efficiency by using the techni... For capturing and recycling of CO2 in the internal combustion engine, Rankle cycle engine can reduce the exhaust pollutants effectively under the condition of ensuring the engine thermal efficiency by using the techniques of spraying water in the cylinder and optimizing the ignition advance angle. However, due to the water spray nozzle need to be installed on the cylinder, which increases the cylinder head design difficulty and makes the combustion conditions become more complicated. In this paper, a new method is presented to carry out the closing inlet and exhaust system for internal combustion engines. The proposed new method uses liquid oxygen to solidify part of cooled CO2 from exhaust system into dry ice and the liquid oxygen turns into gas oxygen which is sent to inlet system. The other part of CO2 is sent to inlet system and mixed with oxygen, which can reduce the oxygen-enriched combustion detonation tendency and make combustion stable. Computing grid of the IP52FMI single-cylinder four-stroke gasoline-engine is established according to the actual shape of the combustion chamber using KIVA-3V program. The effects of exhaust gas recirculation (EGR) rate are analyzed on the temperatures, the pressures and the instantaneous heat release rates when the EGR rate is more than 8%. The possibility of enclosing intake and exhaust system for engine is verified. The carbon dioxide trapping device is designed and the IP52FMI engine is transformed and the CO2 capture experiment is carried out. The experimental results show that when the EGR rate is 36% for the optimum EGR rate. When the liquid oxygen of 35.80-437.40 g is imported into the device and last 1-20 min, respectively, 21.50-701.30 g dry ice is obtained. This research proposes a new design method which can capture CO2 for vehicular internal combustion engine. 展开更多
关键词 internal combustion Rankle cycle engine CO2 emission reduction carbon-sequestration with liquid oxygen KIVA-3V program oxygen-enriched combustion numerical simulation EXPERIMENTS
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三种运行参数对PEMFC动态响应的数值分析
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作者 刘鑫桐 刘永峰 +3 位作者 裴普成 张璐 姚圣卓 毕贵军 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期238-244,共7页
为了探究在电流阶跃变化中工作温度、相对湿度和背压等运行参数对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响,运用相对湿度和工作温度之间的耦合变化推导出了动态计算(DT)模型。该模型通过工作温度和相对湿度来阐述膜电极参数和PEMFC性能之... 为了探究在电流阶跃变化中工作温度、相对湿度和背压等运行参数对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响,运用相对湿度和工作温度之间的耦合变化推导出了动态计算(DT)模型。该模型通过工作温度和相对湿度来阐述膜电极参数和PEMFC性能之间的特性关系,并分析在电流阶跃变化中这两种运行参数对质子交换膜(PEM)内水传递特性、输出电压和功率密度随时间变化的瞬态响应的差异。采用理论计算结合试验的方式,首先通过自定义函数(UDF)将DT模型导入到Fluent软件中进行计算并应用有限体积法进行求解;其次开展PEMFC动态负载性能测试,测量工作温度为50℃、60℃、70℃,背压为0、10 kPa,相对湿度为50%、75%、100%,同时改变电流负载(阶跃幅度为5 A)来实现PEMFC对电流阶跃动态响应的测试;最后通过极化曲线和I⁃P曲线对DT模型和试验数据进行比较分析。结果表明:实验数据与DT模型的仿真结果之间有很好的相关性;不对称加湿是影响功率密度的一个主导参数;阳极相对湿度决定了功率密度在发生阶跃电流后稳定运行的能力;PEM水含量与功率密度下冲幅度和响应时间有关。因此,工作温度为60℃、背压为10 kPa、阳极相对湿度为75%、阴极相对湿度为100%时,PEMFC的动态性能最佳。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 动态响应 运行参数 非对称加湿 电流阶跃
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Lifetime Evaluating and the Effects of Operation Conditions on Automotive Fuel Cells 被引量:3
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作者 pei pucheng YUAN Xing +2 位作者 LI Pengcheng CHAO Pengxiang CHANG Qianfei 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第1期66-71,共6页
Lifetime isone of the important indicators of automotive proton exchange membrane fuel cells. People used to evaluate the lifetime of vehicular fuel cells by laboratory tests or road tests that usually take thousands ... Lifetime isone of the important indicators of automotive proton exchange membrane fuel cells. People used to evaluate the lifetime of vehicular fuel cells by laboratory tests or road tests that usually take thousands hours even years. In order to achieve a rapid evaluation technique and to seek lifetime extension methods, a lifetime calculation formation was drawn out in consideration of the vehicle driving cycle and the working condition factors. Bench experiments were individually carried out on two fuel-cell stacks same as ones applied on vehicle, and the performance decay rates of the two stacks were obtained under four operation conditions of changing load cycle, start-stop cycle, idling and heavy load. As a result, the predicted lifetimes rather conform to the actual running status in road test. And the research on the fuel cell performance decay rates under different load conditions was also done. Consequently, an unexpected finding was discovered that operating under micro-current has an effect on recovering fuel cell performance. The vehicle fuel cell rapid assessment method only requires four laboratory tests of driving cycle, load cycle, idle operating conditions and heavy load conditions, and the whole process merely lasts less than 250 h. These experimental results can be used to predict the vehicular fuel cell lifetimes on various utility models or driving cycles, therefore to optimize the application model to prolong the fuel cell lifetime. Actually in the experiment, it has already been proved successfully that the fuel cell lifetime could be extended from 1 100 h to 2 600 h by optimizing operating mode. The quick evaluation method is helpful to develop extended life fuel cell and to deplete fuel cell for a longer time. 展开更多
关键词 Proton exchange membrane fuel cell fuel cell durability lifetime evaluating method operation conditions melioration.
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Asymptotic Analysis Soot Model and Experiment for a Directed Injection Engine 被引量:1
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作者 LIU Yongfeng pei pucheng +1 位作者 XIONG Qinghui LU Yong 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第5期1011-1015,共5页
The existing soot models are either too complex and can not be applied to the internal combustion engine, or too simple to make calculation errors. Exploring the soot model becomes the pursuit of the goal of many rese... The existing soot models are either too complex and can not be applied to the internal combustion engine, or too simple to make calculation errors. Exploring the soot model becomes the pursuit of the goal of many researchers within the error range in the current computer speed. On the basis of the latest experimental results, TP (temperature phases) model is presented as a new soot model to carry out optimization calculation for a high-pressure common rail diesel engine. Temperature and excess air factor are the most important two parameters in this model. When zone temperature T〈 1 500 K and excess air factor Ф〉0.6, only the soot precursors-- polycyclic aromatic hydrocarbons(PAH) is created and there is no soot emission. When zone temperature T ≥ 1 500 K and excess air factor Ф〈0.6, PAHs and soot source terms (particle inception, surface growth, oxidation, coagulation) are calculated. The TP model is then implemented in KIVA code instead of original model to carry out optimizing. KIVA standard model and experimental data are analyzed for the results of cylinder pressures, the corresponding heat release rates, and soot with variation of injection time, variation of rail pressure and variation of speed among TP models. The experimental results indicate that the TP model can carry out optimization and computational fluid dynamics can be a tool to calculate for a high-pressure common rail directed injection diesel engine. The TP model result is closer than the use of the original KIVA-3V results of soot model accuracy by about 50% and TP model gives a new method for engine researchers. 展开更多
关键词 high-pressure common rail diesel engine SOOT optimization calculation
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Mechanisms of Accelerated Degradation in the Front Cells of PEMFC Stacks and Some Mitigation Strategies
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作者 LI Pengcheng pei pucheng +3 位作者 HE Yongling YUAN Xing CHAO Pengxiang WANG Xizhong 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第6期1250-1258,共9页
The accelerated degradation in the front ceils of a polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) stack seriously reduces the reliability and durability of the whole stack. Most researches only focus on the size and... The accelerated degradation in the front ceils of a polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) stack seriously reduces the reliability and durability of the whole stack. Most researches only focus on the size and configuration of the gas intake manifold, which may lead to the maldistribution of flow and pressure. In order to find out the mechanisms of the accelerated degradation in the front cells, an extensive program of experimental and simulation work is initiated and the results are reported. It is found that after long-term lifetime tests the accelerated degradation in the front cells occurs in all three fuel cell stacks with different flow-fields under the U-type feed configuration. Compared with the rear cells of the stack, the voltage of the front cells is much lower at the same current densities and the membrane electrode assembly(MEA) has smaller active area, more catalyst particle agglomeration and higher ohmic impedance. For further investigation, a series of three dimensional isothermal numerical models are built to investigate the degradation mechanisms based on the experimental data. The simulation results reveal that the dry working condition of the membrane and the effect of high-speed gas scouting the MEA are the main causes of the accelerated degradation in the front cells of a PEM fuel cell stack under the U-type feed configuration. Several mitigation strategies that would mitigate these phenomena are presented: removing cells that have failed and replacing them with those of the same aging condition as the average of the stack; choosing a Z-type feed pattern instead of a U-type one; putting several air flow-field plates without MEA in the front of the stack; or exchanging the gas inlet and outlet alternately at a certain interval. This paper specifies the causes of the accelerated degradation in the front cells and provides the mitigation strategies. 展开更多
关键词 Proton exchange membrane fuel cell Degradation mechanism Mitigation strategy
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锂离子电池自放电机理及测量方法 被引量:14
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作者 裴普成 陈嘉瑶 吴子尧 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期53-65,共13页
在锂离子电池的出厂检测及退役后的梯次利用阶段,为了保证成组电池的一致性,需要对电池的自放电率进行测量。该文系统阐述了锂离子电池各部分结构的自放电机理及影响因素,并总结了目前国内外测量自放电率的两类主要方法:静置测量方法通... 在锂离子电池的出厂检测及退役后的梯次利用阶段,为了保证成组电池的一致性,需要对电池的自放电率进行测量。该文系统阐述了锂离子电池各部分结构的自放电机理及影响因素,并总结了目前国内外测量自放电率的两类主要方法:静置测量方法通过对电池进行长时间静置得到自放电率,测量时间过长;动态测量方法通过结合等效电路模型等,可以在动态过程中完成参数辨识,在缩短测量时间方面取得了一定的进展。对动态测量方法的实验设计进行创新优化,将是实现自放电率快速测量的发展方向。 展开更多
关键词 锂离子电池 自放电 机理 测量方法
原文传递
PEM燃料电池用金属双极板及其涂层的研究进展 被引量:10
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作者 裴普成 李子钊 +2 位作者 任棚 陈东方 王希忠 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1025-1038,共14页
质子交换膜(PEM)燃料电池的金属双极板在成本和加工成形方面具有优势,但是其易腐蚀的特点也影响了燃料电池的导电性和耐久性。该文从金属双极板及其涂层导电性和耐久性出发,系统总结了相关研究进展。首先根据燃料电池的市场需求,分析了... 质子交换膜(PEM)燃料电池的金属双极板在成本和加工成形方面具有优势,但是其易腐蚀的特点也影响了燃料电池的导电性和耐久性。该文从金属双极板及其涂层导电性和耐久性出发,系统总结了相关研究进展。首先根据燃料电池的市场需求,分析了应用金属双极板的优势;对金属双极板及其涂层导电性和耐久性的典型测试方法进行了讨论,并对近期文献中出现的多种涂层进行了评价,发现除合金涂层外大部分涂层能满足美国能源部2020目标;分析了影响金属双极板及其涂层导电性和耐久性的工作环境和工作状况;最后,从测试方法、涂层研究和影响因素3个方面展望了未来的研究方向。该文综述了金属双极板及其涂层的研究进展,对将其更有效、更持久地应用于燃料电池电堆中具有重要意义。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 金属双极板 涂层 导电性 耐久性
原文传递
锌空燃料电池电化学阻抗等效电路模型 被引量:3
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作者 陈东方 裴普成 +1 位作者 宋鑫 任棚 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期139-146,共8页
利用等效电路模型可表示锌空燃料电池的理化过程,用于描述和解析电化学阻抗谱中的Nyquist图,但已有模型未能综合考虑阴阳极的阻抗分布。该文为区分阴阳极阻抗,提出了一种可解析阴阳极阻抗的全电池电化学阻抗模型和忽略阳极影响的简化模... 利用等效电路模型可表示锌空燃料电池的理化过程,用于描述和解析电化学阻抗谱中的Nyquist图,但已有模型未能综合考虑阴阳极的阻抗分布。该文为区分阴阳极阻抗,提出了一种可解析阴阳极阻抗的全电池电化学阻抗模型和忽略阳极影响的简化模型。在研究电池结构参数、性能衰减、储存条件、锌电极中导电剂、空气电极结构变化对阻抗影响的实验中,验证了模型的正确性,模型拟合实验数据时卡方检验的结果均小于0.01,并应用模型解析出的电阻值分析了阻抗变化的作用机理。该模型对金属空气电池的研究具有一定意义。 展开更多
关键词 锌空燃料电池 电化学阻抗 等效电路 模型 空气电极 机理
原文传递
锌空燃料电池老化实验研究与机理分析
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作者 陈东方 裴普成 宋鑫 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期895-901,共7页
耐久性不足严重制约了锌空燃料电池的商业化发展,对电池的老化特性及机理进行实验研究和分析十分必要。该文基于电池应用时面临的单次稳定运行、长周期连续稳定运行、停机储存和周期性启停循环等主要工况提出了锌空燃料电池的耐久性测... 耐久性不足严重制约了锌空燃料电池的商业化发展,对电池的老化特性及机理进行实验研究和分析十分必要。该文基于电池应用时面临的单次稳定运行、长周期连续稳定运行、停机储存和周期性启停循环等主要工况提出了锌空燃料电池的耐久性测试评价方法,开展了老化实验。研究了不同工况下电池的老化特性,并结合实验结果分析了老化机理。最后,从电解液管理、延长空气电极寿命和电池管理3个方面提出了延缓电池老化的方法。实验结果表明:该文提出的耐久性测试评价方法可用于锌空燃料电池的老化特性及耐久性提升方法的研究。 展开更多
关键词 锌空燃料电池 老化 工况 机理 空气电极
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