质子交换膜燃料电池欧姆阻抗的试验研究

为了解质子交换膜燃料电池(PEMFC)欧姆阻抗的影响因素,用断电法测出了不同工作温度、不同增湿条件、不同进气过量系数、不同工作压力下的欧姆阻抗。试验结果表明,PEMFC欧姆阻抗随工作温度的提高而减小,随进气湿度的增大而减小,受工作压力和进气过量系数的影响较小。欧姆阻抗的明显增大可作为PEMFC质子交换膜变干的判定依据。合理控制工作温度、进气湿度等参数,可以减少欧姆极化损失,提高PEMFC的工作效率。

暂态边界电压法在线测试全钒液流电池阻抗

国内首次采用暂态边界电压法在线研究了全钒液流电池(VRB)的特性,建立了由电压源、电阻以及一个电阻与电容并联的3部分串联而成的等效电路模型;研究了电流密度和荷电状态(SOC)对等效电路元件的影响。实验结果表明,极化阻抗随电流密度的增加有轻微下降,在充电初期和放电末期达到最大值。与极化阻抗相比,充、放电过程中的欧姆阻抗最大,是导致电压损失的主要因素,分别为1.905Ω.cm2和2.139Ω.cm2,暂态边界电压法是一种简单且有效的表征全钒液流电池性能的新方法。

操作条件对质子交换膜燃料电池电化学阻抗动态行为的影响

应用交流阻抗谱法(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)研究温度、湿度和阴、阳极过量系数4种操作条件对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)电化学阻抗的影响,并应用复合阻容并联等效电路对实验结果进行等效拟合。实验结果表明,PEMFC单电池的电流密度为1400 m A/cm2时,阴极过量系数对PEMFC单电池高频阻抗的影响最大,温度和湿度次之,阳极过量系数影响最小;不同操作条件的改变对高频阻抗谱中的欧姆阻抗的影响非常小,主要通过影响阴阳极法拉第阻抗来影响PEMFC单电池的输出性能;等效结果和实验结果在不同频率段的阻抗表现出一致的变化规律,各阻抗的误差值能够控制在2m?以内,可以有效地等效替代实验结果。

进气湿度对质子交换膜燃料电池输出性能的影响

为探明进气湿度对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)输出性能的影响,基于COMSOL Multiphysics和Matlab平台搭建PEMFC分析模型,得到PEMFC的极化曲线,并对其输出性能进行分析。研究结果表明:增加进气湿度有助于改善质子交换膜的水含量和电导率,降低欧姆阻抗,提高电池的输出电压和功率,有助于理解进气湿度对燃料电池输出性能的影响规律,对PEMFC的实际应用有指导意义。

“383Windows”电解质自支撑新构型固体氧化物燃料电池的设计与制备

固体氧化物燃料电池的主要构型有电解质自支撑型与电极支撑型两种,然而这两种构型都存在明显的缺点。前者需要电解质层较厚,导致电池的欧姆阻抗较高,输出功率较低;后者的氧化还原稳定性较差,容易开裂、损坏,导致电池单体开路电压下降甚至完全失效。以氧化钇稳定的氧化锆电解质材料为例成功制备了“383Windows”构型电解质自支撑固体氧化物燃料电池,电解质层间结合紧密,结构稳定,具有优异的力学性能,在保证机械强度的前提下将电解质功能层的厚度成功降低到100μm以下。与同等厚度的厚膜电池相比,在800℃时“383Windows”构型电池的总欧姆阻抗降低了46.7%,输出性能得到了大幅度提高(最大功率密度提升了63.4%)。该结构易于拓展应用到其他电解质体系中制备固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解池及全固态锂离子动力电池等,具有很好的商业化前景。

螺杆集成方式对燃料电池电化学性能的影响

以15片单体电池组成燃料电池电堆为研究对象,进行电化学性能、交流阻抗与内部接触压力分布的试验测试.系统全面地研究了螺杆集成方式燃料电池电堆电化学性能的影响,深入剖析集成力大小和加载方式对燃料电池电堆内欧姆交流阻抗和内部接触压力分布的作用机制,螺杆集成方式不利于电堆电化学性能的高功率输出.得出电堆内压力分布均匀性和燃料电池电化学性能的提高不应仅局限于集成力大小,更重要的是均匀的集成力加载方式,以及配合端板结构进行优化和匹配.

固体氧化物燃料电池阴极材料SrCo_(0.9)Dy_(0.1)O_(3-δ)的制备及电性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了中温固体氧化物燃料电池阴极材料SrCo0.9Dy0.1O3-δ(SCDO),并对其电性能进行了研究。研究结果表明,SCDO为立方钙钛矿结构,SCDO的电导率在工作温度范围内高于600S/cm,满足中温固体氧化物燃料电池对阴极材料电导率的要求;温度的升高降低了电池的欧姆阻抗和电极的极化阻抗,较高的电导率和较低的极化电阻提高了电池的功率输出;在800℃,SCDO电极材料的极化阻抗仅为0.18Ω·cm2,功率密度达到433mW/cm2。

固体氧化物燃料电池Ce0.8Mo0.2O2+δ阴极阻挡层研究

采用Pechini方法分别合成Ce_(0.8)Mo_(0.2)O_(2+δ)(CMO)和Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2-δ)(CGO)两种阴极阻挡层粉体,并通过X射线衍射光谱法(XRD)等手段对粉体进行表征,结果表明CMO粉体主晶相呈萤石型结构,粉体中还含有Ce_(8)Mo_(12)O_(49)杂质。将CMO和CGO分别应用于3%(摩尔分数)Y_(2)O_(3)稳定氧化锆(3YSZ)电解质支撑单电池的阴极阻挡层,进行了单电池的电化学性能测试,基于CMO阻挡层单电池的性能远低于基于CGO阻挡层单电池的性能,电化学阻抗谱表明电池呈现高的欧姆阻抗。显微结构分析发现,3YSZ/CGO之间的元素扩散仅在界面发生,而3YSZ/CMO之间的元素扩散主要是Mo扩散至3YSZ层形成固溶体,CMO和CGO未能有效阻挡Sr的扩散。