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PEMFC船形堵块阴极流场的性能 被引量:1
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作者 蔡永华 胡健平 罗子贤 《电池》 CAS 北大核心 2024年第1期14-18,共5页
建立流体体积(VOF)两相流模型,研究船形堵块流道的排水性能。建立不同开孔率的船形堵块流道三维模型,研究船形堵块及开孔率对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。船形堵块流道峰值净功率密度相较于传统直流道可提升9.4%,相较于同堵... 建立流体体积(VOF)两相流模型,研究船形堵块流道的排水性能。建立不同开孔率的船形堵块流道三维模型,研究船形堵块及开孔率对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。船形堵块流道峰值净功率密度相较于传统直流道可提升9.4%,相较于同堵塞率下的梯形堵块流道可提高2.9%,具有较好的强化传质作用。通过提高船形堵块流道的开孔率,PEMFC可以获得更好的性能。在相同开孔率下,船形堵块流道的氧气摩尔浓度较直流道和梯形堵块流道分别提高28.6%和14.0%。结果表明,相较于传统直流道,船形堵块流道可降低排水周期和流道内平均水含量,具有更好的排水性能。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 流道 排水性能 阴极流场 船形堵块 流体体积(VOF)两相流模型
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兆瓦级PEMFC系统的设计和应用
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作者 张海龙 张存满 +1 位作者 汪飞杰 张靖 《电池》 CAS 北大核心 2024年第5期664-667,共4页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)可实现电力和热力的联合供应,是支持零碳能源战略的重要技术路径。对兆瓦级PEMFC系统进行介绍与分析,对工程化应用中的实践提供逆变器、变压器、板式换热器和能量管理系统等部件的选型依据与建议,并指出在系... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)可实现电力和热力的联合供应,是支持零碳能源战略的重要技术路径。对兆瓦级PEMFC系统进行介绍与分析,对工程化应用中的实践提供逆变器、变压器、板式换热器和能量管理系统等部件的选型依据与建议,并指出在系统运行中自耗电占比最高的部件为空压机和散热风扇,分别占自耗电总功率的82.0%和10.7%。兆瓦级PEMFC系统在氯碱工厂中的商业化应用,可将原本排空的氢气发电,提高厂区能量利用效率,创造经济效益。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 架构设计 工程化应用
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硫化钼改性的碳载体对提高PEMFC抗CO性能的研究
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作者 时旭钊 宋微 +2 位作者 韦涛 郝金凯 邵志刚 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第9期1800-1806,共7页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极铂(Pt)的一氧化碳(CO)中毒问题限制了燃料电池的大规模商业化应用。报道了一种用于氢氧化反应的耐CO的燃料电池阳极催化剂,该催化剂由硫化钼(MoS_(2))改性的导电炭黑载体以及沉积在载体上的Pt纳米颗粒组成... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极铂(Pt)的一氧化碳(CO)中毒问题限制了燃料电池的大规模商业化应用。报道了一种用于氢氧化反应的耐CO的燃料电池阳极催化剂,该催化剂由硫化钼(MoS_(2))改性的导电炭黑载体以及沉积在载体上的Pt纳米颗粒组成,命名为Pt/C-MoS_(2)。采取透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)及电化学测试等方法表征了不同MoS_(2)含量的催化剂的结构、组成以及性能。实验结果表明,硫化钼的添加提高了催化剂的CO抗性,载体中硫化钼含量为10%的样品(Pt/C-MoS_(2)-10)表现出最佳的性能。单电池测试的结果也验证了Pt/CMoS 2-10催化剂CO抗性的提高。 展开更多
关键词 pemfc CO抗性 HOR 硫化钼改性载体
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具有堵块结构的PEMFC阴极流场的传质性能
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作者 黄锐 曾其权 蔡永华 《电池》 CAS 北大核心 2024年第4期455-460,共6页
建立具有堵块结构的质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极流场模型,分析堵块的布置方式(上方、下方、上下交错)和孔隙率对流道和扩散层内气体流动特征(速度、压力和氧气摩尔浓度等)的影响,以及对流道中间和出口处堵块的前中部位垂直于流道方... 建立具有堵块结构的质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极流场模型,分析堵块的布置方式(上方、下方、上下交错)和孔隙率对流道和扩散层内气体流动特征(速度、压力和氧气摩尔浓度等)的影响,以及对流道中间和出口处堵块的前中部位垂直于流道方向的传质影响。通过可视化实验分析液态水在具有不同堵块高度流场中的运动特性。当矩形堵块布置在流道上方时,在中间和出口处堵块的前中后部位都能获得更好的垂直于流道方向的传质性能;流道上方布置矩形堵块能加速液态水的排出。当堵块高度为50%流道高时,流场大多数液滴的灰度值为40~70,已经对流道造成堵塞;当堵块高度为70%流道高时,多数液滴的灰度值为70~90,且较多液滴分布在流道出口处,液态水排出较为通畅。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 流道 堵块 传质 液态水
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PEMFC阴极流道结构的优化数值模拟
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作者 赵洋 林佩俭 孙俊才 《电池》 CAS 北大核心 2024年第5期606-611,共6页
阴极流道结构的优化,可提升质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能。提出一种在正方体上加工通孔使截面呈格栅状挡块的设计。创建将格栅挡块加入到PEMFC阴极流道中的三维(3D)模型,研究对PEMFC性能的影响。在固定开孔率为0.36的前提下,开孔数... 阴极流道结构的优化,可提升质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能。提出一种在正方体上加工通孔使截面呈格栅状挡块的设计。创建将格栅挡块加入到PEMFC阴极流道中的三维(3D)模型,研究对PEMFC性能的影响。在固定开孔率为0.36的前提下,开孔数量越多,PEMFC性能越好。当开孔数量为25时(GB-25),PEMFC的功率密度与未添加格栅挡块(GB-0)的相比可提高17.0%。研究多个格栅挡块在阴极流道中的排列方式对PEMFC性能的影响,发现当多个开孔数量为16的格栅挡块等距分布在阴极流道末端时(GB-16-3BE),PEMFC的性能最好,功率密度与GB-0的相比,提升了19.8%。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 阴极流道 格栅挡块 功率密度 性能
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PEMFC金属双极板金涂层原电池腐蚀机理研究
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作者 田晓楠 程凤 +1 位作者 梁溆锴 郭伟 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第2期242-246,共5页
为了追求低接触电阻和高耐腐蚀性能,金涂层虽然成本高昂但是仍然在金属双极板涂层中得到广泛应用。通过镀金涂层金属双极板在3000 h电堆实际测试分析了金涂层的电化学腐蚀情况,同时采用电化学加速测试分析了其原电池腐蚀机理。研究结果... 为了追求低接触电阻和高耐腐蚀性能,金涂层虽然成本高昂但是仍然在金属双极板涂层中得到广泛应用。通过镀金涂层金属双极板在3000 h电堆实际测试分析了金涂层的电化学腐蚀情况,同时采用电化学加速测试分析了其原电池腐蚀机理。研究结果表明,金属双极板金层在寿命测试过程中首先因为点蚀而出现轻微缺陷,钛层裸露到质子交换膜燃料电池(PEMFC)的酸性环境中而与金层形成原电池腐蚀。本研究将有助于提出缓解金涂层腐蚀失效的方案,为镀金涂层金属双极板在PEMFC上的应用提供理论指导。 展开更多
关键词 pemfc 金属双极板 金涂层 原电池腐蚀
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加长加宽的PEMFC电堆应力分布一致性仿真与优化
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作者 张智明 黄刚强 +2 位作者 任辉 陈志浩 章桐 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期127-134,共8页
质子交换膜燃料电池可以通过扩大电堆的活性区域反应面积来获得更高的功率,但电堆反应面积扩大后,容易导致膜电极应力分布的不均匀性增加,从而引起燃料电池电化学性能的下降.为此,本研究设计了4种不同结构尺寸的燃料电池电堆,结合等效... 质子交换膜燃料电池可以通过扩大电堆的活性区域反应面积来获得更高的功率,但电堆反应面积扩大后,容易导致膜电极应力分布的不均匀性增加,从而引起燃料电池电化学性能的下降.为此,本研究设计了4种不同结构尺寸的燃料电池电堆,结合等效刚度模型法和有限元软件,分析了扩大反应面积的电堆结构对膜电极应力分布均匀性的影响,并进一步优化电堆内钢带的安装位置,以提升电堆内部接触压力分布均匀性.研究结果表明,膜电极接触压力分布的均匀性对反应区域宽度的变化较为敏感,当活性区域尺寸加宽,电堆内部活性区域的平均应力标准差增加了23.2%.而当活性区域加长,或同时加长和加宽时,相应增加一根捆扎钢带使电堆内部活性区域的平均应力标准差分别减小了8.6%和8.7%,表明适当增加捆扎钢带的数量可以提高电堆内部接触压力分布的均匀性.此外,钢带位置优化结果显示,电堆外侧钢带越靠近端板侧面时,电堆内部活性区域的应力分布越均匀. 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 钢带捆扎 电堆放大 膜电极 压力分布一致性
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应变调控对PEMFC金属有机框架电极活性的影响
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作者 周梦硕 罗海洋 +1 位作者 冯振 苏光 《电池》 CAS 北大核心 2024年第3期320-324,共5页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有结构简单、能源转化率高效、产物清洁等优点,但较高的贵金属催化剂成本以及耐用性等问题阻碍了其商业化应用。采用第一性原理计算方法,构建一种氧配位的金属有机框架(MOF)模型,分别研究x方向和y方向不同... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有结构简单、能源转化率高效、产物清洁等优点,但较高的贵金属催化剂成本以及耐用性等问题阻碍了其商业化应用。采用第一性原理计算方法,构建一种氧配位的金属有机框架(MOF)模型,分别研究x方向和y方向不同应变程度对铁基MOF中心原子氧还原催化活性的影响。沿宽度y轴方向压缩应变2%到拉伸应变4%的范围内,应变对Fe-O-MOF的催化活性有较大的调节作用。沿金属原子结构长度x轴方向在压缩应变2%到拉伸应变6%的范围内,应变对Fe-O-MOF的催化活性有较大的调节作用。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 金属有机框架(MOF) 电极活性 氧还原反应(ORR) 应变调控
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PEMFC膜电极组件接触压力分布仿真研究
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作者 任桂 王影 +2 位作者 邢彦锋 曹菊勇 缪雪龙 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第7期1334-1339,共6页
膜电极组件(MEA)上接触压力分布对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能有显著影响。建立了PEMFC三维单电池模型,研究了产品装配过程中端板材料和厚度、密封垫硬度对MEA接触压力分布的影响。在工作工况下,使用热力耦合方法模拟化学反应引起的... 膜电极组件(MEA)上接触压力分布对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能有显著影响。建立了PEMFC三维单电池模型,研究了产品装配过程中端板材料和厚度、密封垫硬度对MEA接触压力分布的影响。在工作工况下,使用热力耦合方法模拟化学反应引起的热效应,研究了温度对MEA接触压力分布的影响。结果表明,端板材料与厚度对接触压力分布均匀性的影响较大,随着密封垫硬度增大,接触压力的均匀性得到改善,但影响了密封效果。此外,温度升高不仅影响MEA上接触压力,也使燃料电池密封性能降低。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 接触压力 MEA 密封垫硬度 热力耦合
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NdFeB/316L不锈钢双极板对PEMFC性能的影响
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作者 张坤 吴懋亮 +1 位作者 段林浩 吴国强 《电池》 CAS 北大核心 2024年第4期473-476,共4页
在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中,双极板起到分配隔离氢气和氧气、支撑膜电极组件(MEA)、收集电子和传递热量的作用。把316L不锈钢粉末与钕铁硼(NdFeB)磁粉均匀掺杂,通过三维(3D)打印制成燃料电池复合金属双极板,钕铁硼磁粉掺杂的质量分... 在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中,双极板起到分配隔离氢气和氧气、支撑膜电极组件(MEA)、收集电子和传递热量的作用。把316L不锈钢粉末与钕铁硼(NdFeB)磁粉均匀掺杂,通过三维(3D)打印制成燃料电池复合金属双极板,钕铁硼磁粉掺杂的质量分数分别为0、20%、35%和50%。通过设置不同励磁强度和温度条件,研究在磁场作用与无磁场作用下PEMFC的工作性能差异。磁场可以优化PEMFC的工作性能。钕铁硼质量分数为50%的316L不锈钢极板燃料电池,工作性能表现较好,相比于未掺杂钕铁硼的316L不锈钢极板燃料电池,最高输出功率密度提高14.03%,极限电流密度提高12.54%。在相同的磁场强度下,钕铁硼质量分数为50%的316L不锈钢极板燃料电池在60℃下的工作性能提升最明显,70℃下的工作性能最高。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 316L不锈钢 钕铁硼(NdFeB)磁粉 复合金属双极板 三维(3D)打印 磁场 工作性能
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Advanced 3D ordered electrodes for PEMFC applications: From structural features and fabrication methods to the controllable design of catalyst layers
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作者 Kaili Wang Tingting Zhou +4 位作者 Zhen Cao Zhimin Yuan Hongyan He Maohong Fan Zaiyong Jiang 《Green Energy & Environment》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第9期1336-1365,共30页
The catalyst layers(CLs) electrode is the key component of the membrane electrode assembly(MEA) in proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs). Conventional electrodes for PEMFCs are composed of carbon-supported, iono... The catalyst layers(CLs) electrode is the key component of the membrane electrode assembly(MEA) in proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs). Conventional electrodes for PEMFCs are composed of carbon-supported, ionomer, and Pt nanoparticles, all immersed together and sprayed with a micron-level thickness of CLs. They have a performance trade-off where increasing the Pt loading leads to higher performance of abundant triple-phase boundary areas but increases the electrode cost. Major challenges must be overcome before realizing its wide commercialization. Literature research revealed that it is impossible to achieve performance and durability targets with only high-performance catalysts, so the controllable design of CLs architecture in MEAs for PEMFCs must now be the top priority to meet industry goals. From this perspective, a 3D ordered electrode circumvents this issue with a support-free architecture and ultrathin thickness while reducing noble metal Pt loadings. Herein, we discuss the motivation in-depth and summarize the necessary CLs structural features for designing ultralow Pt loading electrodes. Critical issues that remain in progress for 3D ordered CLs must be studied and characterized. Furthermore, approaches for 3D ordered CLs architecture electrode development, involving material design, structure optimization, preparation technology, and characterization techniques, are summarized and are expected to be next-generation CLs for PEMFCs. Finally, the review concludes with perspectives on possible research directions of CL architecture to address the significant challenges in the future. 展开更多
关键词 pemfc 3D ordered electrode Structural features Preparation technology Ultralow Pt loading
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Influences of Co-Flow and Counter-Flow Modes of Reactant Flow Arrangement on a PEMFC at Start-Up
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作者 Qianqian Shao Min Wang Nuo Xu 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2024年第5期1337-1356,共20页
To investigate the influences of co-flowand counter-flowmodes of reactant flowarrangement on a proton exchange membrane fuel cell(PEMFC)during start-up,unsteady physical and mathematical models fully coupling the flow... To investigate the influences of co-flowand counter-flowmodes of reactant flowarrangement on a proton exchange membrane fuel cell(PEMFC)during start-up,unsteady physical and mathematical models fully coupling the flow,heat,and electrochemical reactions in a PEMFC are established.The continuity equation and momentum equation are solved by handling pressure-velocity coupling using the SIMPLE algorithm.The electrochemical reaction rates in the catalyst layers(CLs)of the cathode and anode are calculated using the Butler-Volmer equation.The multiphase mixture model describes the multiphase transport process of gas mixtures and liquid water in the fuel cell.After validation,the influences of co-flow and counter-flow modes on the PEMFC performance are investigated,including the evolution of the current density,flow field,temperature field,and reactant concentration field during start-up,as well as the steady distribution of the current density,reactant concentration,andmembrane water content when the start-up stabilizes.Co-flow and counter-flow modes influence the current density distribution and temperature distribution.On the one hand,the co-flow mode accelerates the start-up process of the PEMFC and leads to a more evenly distributed current density than the counter-flow mode.On the other hand,the temperature difference between the inlet and outlet sections of the cell is up to 10.1℃ under the co-flow mode,much larger than the 5.0℃ observed in the counter-flow mode.Accordingly,the counter-flowmode results in a more evenly distributed temperature and a lower maximum temperature than the co-flow case.Therefore,in the flow field design of a PEMFC,the reactant flow arrangements can be considered to weigh between better heat management and higher current density distribution of the cell. 展开更多
关键词 pemfc full coupling model Butler-Volmer equation multiphase mixture model co-flow mode counter-flow mode
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PEMFC压差流道构型特征参数对电池性能的影响
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作者 赵富强 贾彦奎 +2 位作者 赵小军 祁慧青 范晓宇 《电源学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期110-118,共9页
针对质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)压差流道构型尺寸对电池电化学性能影响机理不明的问题,研究流道高度和脊背宽度对压差流道和直流道在氧气浓度、水浓度分布特征和电流密度、功率密度、压降等方面影响... 针对质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)压差流道构型尺寸对电池电化学性能影响机理不明的问题,研究流道高度和脊背宽度对压差流道和直流道在氧气浓度、水浓度分布特征和电流密度、功率密度、压降等方面影响规律,并对两者进行了对比分析,结果表明流道高度对压差流道和直流道性能影响较小,压差流道在脊背宽度为1.25 mm和1.50 mm时具有明显优势;进一步研究压差流道变压区对流道性能的影响,结果表明变压区高度为0.05 mm和长度为1.50 mm时,压差流道峰值功率密度最高。综合考虑功率密度和压降的影响,选择压差流道高0.40 mm、宽1.25 mm、脊背宽1.25 mm、变压区长1.50 mm、高0.05 mm,此时压差流道峰值功率密度为0.3661 W/cm^(2),相较于直流道峰值功率密度提升6.3%。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 压差流道 流道高度 脊背宽度 变压区
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大功率PEMFC氢气系统建模与仿真
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作者 陈家城 《汽车文摘》 2024年第2期56-62,共7页
针对大功率车用燃料电池发动机的氢气系统进行建模,基于MATLAB/Simulink平台搭建氢气系统核心部件模型及其控制模型,并集成氢气系统整体模型,基于该模型进行2种常见汽车行驶工况—CLTCP和NEDC工况的动态仿真,结果表明,所建控制模型能较... 针对大功率车用燃料电池发动机的氢气系统进行建模,基于MATLAB/Simulink平台搭建氢气系统核心部件模型及其控制模型,并集成氢气系统整体模型,基于该模型进行2种常见汽车行驶工况—CLTCP和NEDC工况的动态仿真,结果表明,所建控制模型能较好保证阳极入口压力满足工作压力需求,并将阴极和阳极的压差维持在0.02 MPa,2种工况的氢气利用率分别为99.67%和99.76%,表明该模型可以用于大功率车用PEMFC系统开发。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 氢气供给系统 引射器 氢气循环泵 氢气利用率
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PEMFC热电联供系统能量管理控制策略研究
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作者 彭业红 刘佳彬 《汽车与新动力》 2024年第4期44-50,共7页
将质子交换膜燃料电池(PEMFC)热电联供系统作为独立的供能设备,定义PEMFC热电联供系统产热功率与发电功率之比为K1,热负荷与电负荷功率之比为K2。在不同运行工况下,基于电池电堆自身特性工作温度(60~70℃)和储热水箱温度控制目标(40~55... 将质子交换膜燃料电池(PEMFC)热电联供系统作为独立的供能设备,定义PEMFC热电联供系统产热功率与发电功率之比为K1,热负荷与电负荷功率之比为K2。在不同运行工况下,基于电池电堆自身特性工作温度(60~70℃)和储热水箱温度控制目标(40~55℃),通过比较K1与K2的大小关系选择合适的能量管理控制策略,研究PEMFC热电联供系统发电功率、产热功率与用户电负荷、热负荷需求之间的能量匹配关系。以20:00:00—21:00:00用能时段进行测试验证,结果表明所选控制策略具有可行性。由于PEMFC热电联供系统充分利用了发电过程中产生的热量,与氢燃料发动机电效率通常只有40%~60%相比,系统能量效率利用率有不同程度地提升:在春秋季,当K2与K1大小相近时采用热负荷跟随控制策略,系统能量效率利用率为79.23%;在夏季,当K2远小于K1时,采用电负荷跟随控制策略,系统能量效率利用率为63.47%;在冬季,当K2远大于K1时,采用热电耦合控制策略,系统能量效率利用率为78.25%。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 热电联供系统 能量匹配 控制策略 测试验证
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微孔间距和孔径对PEMFC气体扩散层表面液滴流动传输特性的影响
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作者 余宾宴 马建 +2 位作者 陈轶嵩 耿莉敏 王茜 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期1025-1033,共9页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是最具潜力的新能源汽车动力装置之一,其性能受到气体扩散层(GDL)表面液滴的形成及动态传输特性的影响。本文以格子Boltzmann方法(LBM)的伪势模型为基础,对液滴从GDL表面浮现、生长和脱落等动态过程进... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是最具潜力的新能源汽车动力装置之一,其性能受到气体扩散层(GDL)表面液滴的形成及动态传输特性的影响。本文以格子Boltzmann方法(LBM)的伪势模型为基础,对液滴从GDL表面浮现、生长和脱落等动态过程进行了仿真模拟,详细分析了微孔间距和孔径对气体扩散层表面液滴动态特性以及流道内压降的影响。研究结果表明在双进水孔的情况下,两个微孔小于某一个微孔间距时,两个液滴会发生融合,融合后的液滴会增大气流通道内的压降,缩短液滴排出的时间,当两个微孔孔距足够大时,两个液滴之间几乎没有相互影响,液滴排除时间相等,且流道内压降随着微孔间距的增加而降低。不同孔径的液滴在GDL表面的运动主要受气体作用剪切力的影响,与下游孔径大于上游孔径液滴的运动周期相比,上游孔径比下游孔径大时,液滴的运动周期更短。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 气体扩散层 格子BOLTZMANN方法 伪势模型
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薄膜PEMFC无加湿运行工况区间研究
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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
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考虑运行参数可寻优范围的PEMFC系统净功率优化
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作者 徐寅嵩 李文浩 +1 位作者 杜常清 颜伏伍 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期1137-1146,1176,共11页
质子交换膜燃料电池电堆的运行参数对电堆输出性能和空压机、循环水泵和散热风扇等辅助设备的寄生功率都会产生影响,可通过对电堆运行参数进行优化来实现系统最大净功率输出目标。实际系统受到空压机性能和背压阀调节能力的限制,阴极运... 质子交换膜燃料电池电堆的运行参数对电堆输出性能和空压机、循环水泵和散热风扇等辅助设备的寄生功率都会产生影响,可通过对电堆运行参数进行优化来实现系统最大净功率输出目标。实际系统受到空压机性能和背压阀调节能力的限制,阴极运行参数的调节范围存在界限,本文基于MATLAB/Simulink软件建立62 kW燃料电池系统模型,通过仿真分析确定了各负载电流下的参数可优化范围,采用遗传算法对电堆温度、阴极压力和过氧比进行了优化。结果表明:在各负载电流下,提升电堆温度都有利于增加系统净功率,最优运行温度均为80℃。而过氧比和阴极压力在不同的负载电流下的优化方向是不同的;在低负载电流(50、100 A)下增加过氧比和阴极压力时,电堆输出功率的增长小于寄生功率,提供较低的过氧比和阴极压力有利于提升系统净功率;高负载电流(300A)下,低过氧比和阴极压力会限制电堆输出功率,最低净功率仅为35.530 kW;合理增加过氧比和阴极压力后,获得的最优净功率为53.271 kW,通过运行参数优化可实现49.9%的净功率提升。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 运行参数优化 系统净功率 遗传算法
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基于P-L双重特征提取的PEMFC系统故障诊断方法
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作者 贺飞 张雪霞 陈维荣 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期492-499,共8页
针对质子交换膜燃料电池系统故障诊断问题,提出基于P-L双重特征提取的故障诊断方法。使用P-L双重特征提取对预处理后的样本数据进行特征提取,通过冗余变量剔除与二次特征提取,最大程度保留分类特征并有效降低样本数据维度。利用二叉树... 针对质子交换膜燃料电池系统故障诊断问题,提出基于P-L双重特征提取的故障诊断方法。使用P-L双重特征提取对预处理后的样本数据进行特征提取,通过冗余变量剔除与二次特征提取,最大程度保留分类特征并有效降低样本数据维度。利用二叉树多类支持向量机与极限学习机对二维故障特征向量进行分类实现故障诊断。通过实例验证,对比线性判别分析的特征提取效果,P-L双重特征提取可使相同分类器测试集诊断准确率提高21.19%,诊断准确率达99.27%,实现了PEMFC系统膜干、氢气供应故障的精准快速诊断。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 故障检测 数据挖掘 P-L双重特征提取 支持向量机 极限学习机
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工作电压对PEMFC膜电极衰退影响模拟研究
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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
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