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基于不同商业化炭黑的PEMFC微孔层的耐腐蚀性能
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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
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自呼吸式微型PEMFC性能的研究 被引量:5
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作者 李巨峰 王涛 夏保佳 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2005年第1期21-22,共2页
研制了自呼吸式微型质子交换膜燃料电池,阴极端板采用无流场结构,以自呼吸方式供氧。放置的方向和氢气流量对电池性能的影响不大,而Nafion膜厚度的影响较大。采用Nafion1135薄膜时,电池的性能最佳,峰值功率密度达到115mW/cm2。电池在无... 研制了自呼吸式微型质子交换膜燃料电池,阴极端板采用无流场结构,以自呼吸方式供氧。放置的方向和氢气流量对电池性能的影响不大,而Nafion膜厚度的影响较大。采用Nafion1135薄膜时,电池的性能最佳,峰值功率密度达到115mW/cm2。电池在无水热管理系统、室温常压下运行341h,性能稳定,电压波动范围为0 02V。 展开更多
关键词 微型质子交换膜燃料电池 自呼吸式 流场结构
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Ink的状态对微型PEMFC氧电极Pt利用率的影响 被引量:1
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作者 张熙贵 夏保佳 +2 位作者 刘娟英 郑丹 徐乃欣 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第8期617-620,共4页
电化学极化实验表明,Ink(催化剂与溶剂在超声条件下形成的墨水状浆料)为胶体时,对应的微型质子交换膜燃料电池(PEMFC)氧电极极化性能相对于Ink为溶液时有明显提高。通过激光粒度实验和扫描电镜实验证实了Ink不同状态时对应的氧电极催化... 电化学极化实验表明,Ink(催化剂与溶剂在超声条件下形成的墨水状浆料)为胶体时,对应的微型质子交换膜燃料电池(PEMFC)氧电极极化性能相对于Ink为溶液时有明显提高。通过激光粒度实验和扫描电镜实验证实了Ink不同状态时对应的氧电极催化层空间状态和厚度存在较大差异。Ink为胶体时催化层Pt簇团聚粒子间隙较大,催化层厚度较低,有利于氧电极的反应传质过程,这是氧电极性能提高的根本原因。循环伏安实验结果发现,Ink为胶体时对应的氧电极Pt的利用率从25.2%提高到31.6%。 展开更多
关键词 微型质子交换膜燃料电池 氧电极 极化性能 Pt利用率
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仿蜂巢微通道分叉结构的甲醇重整制氢 被引量:4
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作者 卜永东 沈寅麒 +2 位作者 杜小泽 杨立军 杨勇平 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期2177-2185,共9页
针对甲醇蒸汽的微通道重整催化反应过程,建立了三维稳态多组分传输反应模型;利用数值模拟分析,分别研究了平行阵列微通道和仿蜂巢分叉微通道在Zn_Cr/CeO2/ZrO2催化剂下的反应情况。通过双速率模型考察这两种流道中操作条件对甲醇蒸汽重... 针对甲醇蒸汽的微通道重整催化反应过程,建立了三维稳态多组分传输反应模型;利用数值模拟分析,分别研究了平行阵列微通道和仿蜂巢分叉微通道在Zn_Cr/CeO2/ZrO2催化剂下的反应情况。通过双速率模型考察这两种流道中操作条件对甲醇蒸汽重整制氢输运规律的影响,发现这两种微通道反应器均可促进甲醇转化率和氢气产率的提高。与常规平行微通道的比较发现,仿蜂巢分叉微通道内反应气流动所需的泵功较小;在相同的加热面积下所能吸收的热量更大,而且更有利于反应器内温度的均匀分布,从而提高甲醇的转化率、减小出口CO的含量。研究结果表明,仿蜂巢分叉微通道结构具有较好的重整制氢综合性能,并可改善氢气产出的品质。 展开更多
关键词 微通道 甲醇重整 制氢 质子交换膜燃料电池
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燃料电池对孤网微电网频率影响研究 被引量:2
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作者 李凤祥 朱鹏 +1 位作者 张雄辉 丁可 《电测与仪表》 北大核心 2019年第17期47-52,共6页
针对微电网孤网运行模式下,以提高微电网频率稳定性为目的,设计了一种由质子交换膜燃料电池(PEMFC)、水电解装置和储氢装置组成的循环系统,并进行了频率无差补偿。同时提出考虑蓄电池SOC(Stateofcharge)的改进下垂控制参与系统一次调频... 针对微电网孤网运行模式下,以提高微电网频率稳定性为目的,设计了一种由质子交换膜燃料电池(PEMFC)、水电解装置和储氢装置组成的循环系统,并进行了频率无差补偿。同时提出考虑蓄电池SOC(Stateofcharge)的改进下垂控制参与系统一次调频,并制定蓄电池组和PEMFC循环系统具体参与调频的控制策略。通过计算与仿真表明,所设计的PEMFC循环系统和采用动态下垂控制的蓄电池调频控制策略能够有效实现微电网的频率稳定。 展开更多
关键词 孤网微电网 PEMFC 调频 SOC 下垂控制
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微型PEMFC非增湿膜电极的优化
6
作者 张熙贵 夏保佳 +2 位作者 刘娟英 王涛 钦佩 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2005年第5期338-339,共2页
对微型质子交换膜燃料电池(PEMFC)的非增湿膜电极(MEA)制备工艺进行了优化研究。通过对热压条件、催化层组分、扩散层材料及质子交换膜的厚度等的控制,获得了综合优化参数。采用优化后的MEA组装单体微型PEMFC,在常温、常压及反应气体非... 对微型质子交换膜燃料电池(PEMFC)的非增湿膜电极(MEA)制备工艺进行了优化研究。通过对热压条件、催化层组分、扩散层材料及质子交换膜的厚度等的控制,获得了综合优化参数。采用优化后的MEA组装单体微型PEMFC,在常温、常压及反应气体非增湿的条件下,MEA的峰值功率可达0.166 W/cm2,MEA长时间运行性能未见明显衰减。 展开更多
关键词 微型PEMFC 膜电极 性能优化 综合性能
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基于PCB技术的微型PEMFC的研究
7
作者 李巨峰 张熙贵 +1 位作者 夏保佳 王涛 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2008年第3期139-141,共3页
采用印刷电路板(PCB)技术研制了微型质子交换膜燃料电池(PEMFC),峰值功率密度为115 mW/cm2。无水热管理系统、室温常压下运行172 h,电池的性能稳定,电压波动范围仅约0.02 V。采用改进后的准双极结构组装了由6只单体电池组成的电池组,峰... 采用印刷电路板(PCB)技术研制了微型质子交换膜燃料电池(PEMFC),峰值功率密度为115 mW/cm2。无水热管理系统、室温常压下运行172 h,电池的性能稳定,电压波动范围仅约0.02 V。采用改进后的准双极结构组装了由6只单体电池组成的电池组,峰值功率为671 mW。 展开更多
关键词 印刷电路板(PCB) 微型PEMFC 准双极结构
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PEMFC气体扩散层的双层结构和两相流
8
作者 陈剑 徐海峰 +1 位作者 张华民 衣宝廉 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期155-157,共3页
气体扩散层(GDL)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件之一,担负集流和传质的重要功能。概述了气体扩散层中水和反应气的传质、GDL的双层结构、微孔层的“水管理”机制以及GDL的研究进展。
关键词 气体扩散层(GDL) 微孔层 PEMFC 两相流
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微小型质子交换膜燃料电池性能测试分析 被引量:3
9
作者 梁灵威 方伟强 +1 位作者 万珍平 苏凌峰 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期16-18,126,共4页
微小型质子交换膜燃料电池(mPEMFC)在便携式电子设备、便携式军用设备等领域有着广泛的应用前景。搭建了微小型燃料电池性能测试平台,对三种极板流场的微小型PEMFC性能进行比较,并研究了不同的运行参数对交指流场微小型PEMFC性能的影响... 微小型质子交换膜燃料电池(mPEMFC)在便携式电子设备、便携式军用设备等领域有着广泛的应用前景。搭建了微小型燃料电池性能测试平台,对三种极板流场的微小型PEMFC性能进行比较,并研究了不同的运行参数对交指流场微小型PEMFC性能的影响。实验结果表明,交指流场的微小型PEMFC性能最佳,蛇形流场次之,平行流场最差,交指流场的微小型PEMFC的性能受其电池温度和加湿温度影响较大,性能随气压升高而稍有提高。实验结果对提高微小型PEMFC的性能有一定参考价值,有利于微小型PEMFC在生活中的推广应用。 展开更多
关键词 微小型燃料电池 质子交换膜燃料电池 交指流场
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PEMFC双机并联直流供电系统研究 被引量:1
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作者 许磊 徐晔 +2 位作者 王金全 侯朋飞 石朝泓 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2015年第12期2639-2642,共4页
针对直流微电网中同时使用不同参数PEMFC时存在的问题,提出了PEMFC双机并联直流供电系统基本构架,分析了PEMFC双机并联供电系统的特点;针对并联系统的支路电流分配问题,建立了BUCK并联电路的小信号数学模型,设计了PEMFC双机并联均流控... 针对直流微电网中同时使用不同参数PEMFC时存在的问题,提出了PEMFC双机并联直流供电系统基本构架,分析了PEMFC双机并联供电系统的特点;针对并联系统的支路电流分配问题,建立了BUCK并联电路的小信号数学模型,设计了PEMFC双机并联均流控制电路,最后通过仿真实验验证了该系统均流的准确性、快速性以及支路故障时系统的可靠性和稳定性。 展开更多
关键词 直流微网 PEMFC 并联 均流
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微孔层对PEMFC自增湿性能的影响 被引量:4
11
作者 覃群 罗志平 +1 位作者 桂丹 黄丹峰 《电池》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期79-81,共3页
提出了一种微孔层结构模型。制备了具有亲水/疏水复合孔结构的微孔层,并与涂有催化剂的Nafion212膜组装成单体电池进行性能测试。研究表明,制备的微孔层的保水性增加。在无外增湿的情况下与传统微孔层相比,制备的微孔层组装成的单体电... 提出了一种微孔层结构模型。制备了具有亲水/疏水复合孔结构的微孔层,并与涂有催化剂的Nafion212膜组装成单体电池进行性能测试。研究表明,制备的微孔层的保水性增加。在无外增湿的情况下与传统微孔层相比,制备的微孔层组装成的单体电池性能较好。在电流密度为400 mA/cm2时,电池的电压提高了约0.1 V,在一定程度上实现了电池的自增湿操作。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 微孔层(MPL) 炭黑 自增湿
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燃料电池微孔层在反极高电势下的电化学腐蚀 被引量:3
12
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
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Experimental and numerical studies of micro PEM fuel cell 被引量:1
13
作者 Rong-Gui Peng Chen-Chung Chung Chiun-Hsun Chen 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第5期627-635,共9页
A single micro proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) has been produced using Micro-electromechanical systems (MEMS) technology with the active area of 2.5 cm 2 and channel depth of about 500 μ m.A theoretica... A single micro proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) has been produced using Micro-electromechanical systems (MEMS) technology with the active area of 2.5 cm 2 and channel depth of about 500 μ m.A theoretical analysis is performed in this study for a novel MEMS-based design of a micro PEMFC.The model consists of the conservation equations of mass,momentum,species and electric current in a fully integrated finite-volume solver using the CFD-ACE+ commercial code.The polarization curves of simulation are well correlated with experimental data.Three-dimensional simulations are carried out to treat prediction and analysis of micro PEMFC temperature,current density and water distributions in two different fuel flow rates (15 cm 3 /min and 40 cm 3 /min).Simulation results show that temperature distribution within the micro PEMFC is affected by water distribution in the membrane and indicate that low and uniform temperature distribution in the membrane at low fuel flow rates leads to increased membrane water distribution and obtains superior micro PEMFC current density distribution under 0.4 V operating voltage.Model predictions are well within those known for experimental mechanism phenomena. 展开更多
关键词 Micro PEMFC · MEMS · Simulation · Fuel flow rate
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燃料电池催化层纳微米结构模拟研究进展
14
作者 肖宇 石伟玉 +2 位作者 孙树成 侯明 袁金良 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1579-1582,共4页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化层内部含有复杂的纳微米尺度的孔结构,对电化学反应及各种传递过程的发生和电池的宏观性能有着显著影响,是当前研究的重点和难点。基于大分子团的纳微米尺度模型能够用于PEMFC中多组份功能材料制备过程相... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化层内部含有复杂的纳微米尺度的孔结构,对电化学反应及各种传递过程的发生和电池的宏观性能有着显著影响,是当前研究的重点和难点。基于大分子团的纳微米尺度模型能够用于PEMFC中多组份功能材料制备过程相关的结构分析和数值解析,可有效分析工艺过程对催化层微观结构的影响,以期从微观模型入手,解决诸如理论最优铂担载量、最优Nafion或PTFE含量,以及碳腐蚀机理等问题,为燃料电池跨尺度、多物理场耦合过程的模型建立打下良好的基础。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 催化层 纳微米尺度 模型
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基于树形分叉结构的微通道甲醇重整制氢
15
作者 沈寅麒 张云芳 陈桂山 《电力与能源》 2011年第1期70-73,共4页
针对甲醇蒸汽的微通道重整催化反应过程,建立了三维稳态多组分传输反应模型,利用数值模拟分析,分别研究了平行矩形微通道和树形分叉微通道网络在Zn_Cr/CeO2/ZrO2催化剂下的反应情况。通过双速率模型考察这两种流道中操作条件对甲醇水蒸... 针对甲醇蒸汽的微通道重整催化反应过程,建立了三维稳态多组分传输反应模型,利用数值模拟分析,分别研究了平行矩形微通道和树形分叉微通道网络在Zn_Cr/CeO2/ZrO2催化剂下的反应情况。通过双速率模型考察这两种流道中操作条件对甲醇水蒸汽重整制氢输运规律的影响,发现这两种微通道反应器促进了甲醇转化率和氢气产率的提高,且有助于反应器内温度分布均匀;同时相较矩形平行微通道,树形分叉微通道可以进一步提高甲醇的转化率、减小出口CO的含量,是一种理想的适用于质子交换膜燃料电池的制氢流道。 展开更多
关键词 微通道 树形分叉结构 甲醇重整 质子交换膜燃料电池
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基于COMSOL的微型HT-PEMFC阴极流场结构分析 被引量:1
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作者 王虹 张朝阳 +2 位作者 朱浩 赵斗艳 周云申 《电源技术》 CAS 北大核心 2020年第7期972-975,共4页
采用COMSOL软件对微型高温质子交换膜燃料电池蛇形流场结构进行模型的建立和性能仿真,仿真耦合了质量守恒方程、动量守恒方程、电化学反应方程等。对模型进行求解,通过输出电压、电流密度、功率密度等参数,计算分析了阴极流场板内微通... 采用COMSOL软件对微型高温质子交换膜燃料电池蛇形流场结构进行模型的建立和性能仿真,仿真耦合了质量守恒方程、动量守恒方程、电化学反应方程等。对模型进行求解,通过输出电压、电流密度、功率密度等参数,计算分析了阴极流场板内微通道结构参数对电池性能的影响。结果表明,在8 mm×8 mm的有效反应面积内,当流道宽度为600μm,流道深度为400μm,流道间距为400μm时,燃料分配更均匀,可以获得更高的峰值功率密度。 展开更多
关键词 微型高温质子交换膜燃料电池 阴极 微通道 流场 数值模拟
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环境对自呼吸式MEMS微型H_2/空气质子交换膜燃料电池的影响
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作者 郑丹 张熙贵 +2 位作者 张鲲 姜伟 夏保佳 《功能材料与器件学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第5期497-502,共6页
利用MEMS技术制备了一种自呼吸式微质子交换膜燃料电池(PEMFC),阳极采用点蛇混合结构,阴极采用双层镂空微流场结构,阴极靠近膜电极侧微孔尺寸从5~50m不等。鉴于自呼吸式电池的性能受环境的影响很大,本文着重研究了环境湿度和温度对电... 利用MEMS技术制备了一种自呼吸式微质子交换膜燃料电池(PEMFC),阳极采用点蛇混合结构,阴极采用双层镂空微流场结构,阴极靠近膜电极侧微孔尺寸从5~50m不等。鉴于自呼吸式电池的性能受环境的影响很大,本文着重研究了环境湿度和温度对电池性能的影响。结果表明阴极微孔尺寸为11m和15m的电池孔径适度,在环境20℃、30%-70%RH时两电池的极限电流密度(Jmax)和峰值功率密度(Pmax)均表现出较高值,性能良好;阴极微孔尺寸为11m的电池在空气维持50%RH下,温度由10℃升到40℃时Pmax逐渐增大,增幅达14.9%;若不维持空气湿度而改变温度,则温度由10℃升高到40℃时Pmax先增大后减小,20℃时达最大。 展开更多
关键词 微型质子交换膜燃料电池 自呼吸阴极 自然对流 MEMS技术
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