质子交换膜燃料电池电堆阳极饥饿反极的研究

目前,质子交换膜燃料电池(PEMFC)反极研究主要通过单电池完成,反极过程没有考虑相邻电池的影响,与电堆实际情况并不完全相同.本文通过控制加湿度和过量系数等测试条件分析了5片PEMFC电堆阳极在水淹和缺气情况下的饥饿反极情况.结果表明,在电堆阳极水淹情况下,反极单电池电压表现为缓慢下降到电解水平台然后迅速恢复的循环过程,性能恢复归因于水淹单电池阳极进出口压差上升使其液态水排出而氢气重新进入;在电堆阳极缺气情况下,反极单电池电压表现为迅速降低到碳腐蚀平台然后迅速恢复的循环过程,这是由于缺气单电池的阳极进出口压差下降使电堆内氢气重新分配.缺气反极电池电压会降低到碳腐蚀平台,因此会对电池性能造成不可逆的损害.

质子交换膜燃料电池电堆封装设计综述

为了保证质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的输出性能、密封性、可靠性和使用寿命,需要对电堆的封装力和封装结构进行理论计算和设计优化。通过建立PEMFC电堆的等效刚度力学模型及相关经验公式,研究了膜电极组件(MEA)接触电阻、气体扩散层(GDL)孔隙率、电堆密封性和抗冲击性与电堆封装力之间的关系。针对电堆封装力的有限元仿真,研究了基于等效面积和等效刚度的仿真优化方法。最后,阐述了电堆封装结构设计方法和结构优化方法。结果表明,基于等效刚度力学模型和经验公式,可以在较短的时间内完成电堆封装力的理论计算,提高了开发效率。同时,采用有限元仿真方法,可以较为准确和直观地完成电堆封装力的设计优化。采用拓扑优化和封装力自补偿计算方法,提高了电堆封装结构设计的合理性。

车用燃料电池电堆比功率提升的技术途径探讨

燃料电池车作为新能源汽车的一种,以其续驶里程长、动力性能高、燃料加注快、兼容可再生能源等特点,得到愈来愈广泛的重视。燃料电池堆是燃料电池汽车的核心,其比功率是反映燃料电池堆技术水平的重要指标,掌握高比功率燃料电池电堆技术可以降低电堆硬件数量,从而也会使电堆成本得到大幅降低。国际上先进的燃料电池堆由于具有高的比功率使其在车辆有限空间能提供较大功率,满足了车辆动力需求;然而,国内目前电堆比功率相比国际先进水平还有一定差距,针对这一问题,本文从高活性催化剂、增强复合质子交换膜、高扰动流场、导电耐腐蚀薄金属双极板、电堆组装与一致性等多方面,探讨了提高燃料电池电堆比功率的技术途径,基于理论与实践积累分析了燃料电池活化极化、欧姆极化及传质极化与材料、部件、组装的关联性,为进一步提高燃料电池堆性能与比功率提供方向性参考。

钢带捆扎燃料电池电堆端板尺寸和形状优化

针对捆扎式燃料电池金属双极板电堆端板受集成力作用易发生变形的现象,设计了一种钢带捆扎式燃料电池电堆的新型端板结构,并通过有限元原理和数值仿真分析对其进行结构参数优化.基于Ansys Apdl程序化语言,建立端板的结构力学分析模型.采用尺寸优化方法,以电堆多个钢带间受力均匀度高、端板质量小和单个钢带固定螺栓轴线偏移程度低为目标函数,分析端板各尺寸对上述目标函数影响程度,从而确定出优化后的尺寸和形状,改善钢带受力和电堆各个部件间接触压力的均匀性,并建立了一个11层的燃料电池电堆1/4二维模型,比较了端板优化前、后双极板脊背与膜电极(membrane electrode assembly)间接触压力分布均匀度.

车用低压质子交换膜燃料电池电堆的半经验模型

首先介绍质子交换膜燃料电池建模的现状,然后结合车用情况采用半经验方法进行建模,主要从理论基础出发,简化电堆模型,从中推导出浓差项,提出浓差阻力的概念。根据车用低压电堆的工作条件,采用断电法来获取不同温度下电堆的欧姆损失,用线性拟合方法获得欧姆损失表达式。在保证其他操作条件不变的情况下,改变空气过量系数,通过比较电堆电压的变化情况,采用实数编码的遗传算法对试验数据进行拟合,获得浓差阻力系数的表达式。在获得欧姆、浓差损失的基础上,推导出电堆的活化损失表达式。最终获得车用低压质子交换膜燃料电池电堆的半经验模型,并采用建立的模型对20组不同温度和过量空气系数下的电堆输出电压进行计算,计算结果与实际测量值比较吻合,说明建模方法相当有效,模型精度达到系统优化和控制的要求。

PEM燃料电池电堆低温起动试验

为评价不同参数对PEM燃料电池电堆低温起动性能的影响,搭建了燃料电池电堆低温起动试验平台,对5 kW燃料电池电堆在-5℃、-10℃和-15℃下的低温起动性能进行了试验研究。结果表明,在低温下恒电压模式比恒电流模式更有利于电堆升温;电堆起动电压为30 V时升温速度快于40 V和20 V时;初始温度越低时电堆升温速率越慢。另外,经过低温起动后电堆性能发生了衰减,电镜扫描结果也显示经过低温起动后电堆质子交换膜局部出现了破损,应采取措施减缓低温起动对电堆的损伤。

质子交换膜燃料电池电堆低温起动的仿真研究

在假定条件下,将每片单电池分成10层,每层看成一个集总参数,在Matlab/Simulink软件搭建由20片单电池及端板组成的瞬态分层集总参数电堆水热管理模型。在-20℃的环境温度下,当电堆的温度保温到0℃时,起动燃料电池电堆,加载标准低温起动工况进行仿真研究,并对单电池输出电压、电堆电池各层不同时刻温度和质子交换膜内水的迁移量随时间的变化进行分析。

质子交换膜燃料电池电堆结构封装支撑件振动可靠性仿真

为计算某质子交换膜燃料电池电堆封装支撑件的疲劳寿命,用CATIA建立该质子交换膜燃料电池电堆的CAD模型;用HyperMesh对该CAD模型进行网格划分;将得到的有限元模型导入MSCPatran中,确定输入载荷谱和边界条件并进行应力载荷计算,对该结构封装支撑件进行振动可靠性仿真.结果表明无论在一般路面还是在强化路面条件下,该封装支撑件满足整车对其寿命的要求.该仿真结果可为质子交换膜燃料电池电堆悬置系统的设计提供参考.

乙二醇基冷却液污染对质子交换膜燃料电池电堆的影响及恢复措施

冷却液作为燃料电池冷却系统的热传导介质,对于燃料电池电堆的热管理非常重要。在实际应用中经常会发生冷却液泄漏进入电堆内部的情况。本文通过模拟燃料电池发动机正常工作过程中冷却液泄漏的不同情况,研究了乙二醇基冷却液泄漏污染对燃料电池电堆的性能影响。针对阴极侧乙二醇基冷却液污染后难以恢复的问题,本文提出了一种冷却液污染的恢复策略。整个污染恢复策略分为污染物氧化和污染物冲洗两个阶段,通过对比冷却液污染前和污染恢复后的性能,证实了这种冷却液污染恢复策略的有效性。

基于多点电压检测技术的燃料电池电堆一致性分析

燃料电池电堆中各单节电池的一致性直接影响整个电堆的性能输出和使用安全性。由于操作条件、单节电池的差异性以及内部环境的复杂性,导致电堆内存在局部电流和电压分布具有不均匀性和位置不确定性。采用双巡检系统分别采集了15节电堆阳极进口侧和阴极进口侧各单节电池电压,通过对比两侧电压差定位异常单节电池,并对该电堆进行一系列在线诊断和异常单节电池离线诊断。诊断结果表明,异常单节电池的阳极催化层中催化剂分布不均,从而证实了多点电压检测技术的有效性。通过对电堆进行多点电压检测,可以对各单节电池电压分布均匀性进行定性分析,帮助燃料电池系统通过采取相应的控制策略,及时识别出异常单节电池并做出反应。

国内燃料电池电堆技术进展综述

国际氢能与燃料电池汽车大会是国内燃料电池行业举办的国际一流的年度行业盛会,聚集全世界氢能与燃料电池技术的开发者、燃料电池汽车制造商、氢能燃料电池领域投资者和政府政策的制定者,携手促进氢能及燃料电池汽车的商业化发展。本文以第四届氢能与燃料电池汽车大会内容为基础,结合目前行业发展现状对国内燃料电池电堆、膜电极以及双极板的技术进展和发展趋势进行了简要阐述。

车用燃料电池电堆环境适应性试验

为应对气候变化,推动绿色发展,近年来我国新能源汽车进入加速发展新阶段。燃料电池汽车是新能源汽车的重要发展方向,得到了国家和地方政府的大力支持。燃料电池电堆作为核心零部件之一,其环境适应能力将直接影响整车的性能,因此,进行电堆环境适应性试验是产品开发必不可少的环节。但是目前我国针对车用燃料电池电堆的环境适应性试验还未形成统一标准,因此,文章结合车用燃料电池电堆工作环境条件和应用场景,对其环境适应性试验进行了研究,提出了电堆环境适应性试验方法的设计思路,以期为业内人士制定电堆环境适应性试验方案提供一定参考。

燃料电池电堆设计开发关键技术

近来世界各国纷纷加大了氢能和燃料电池的开发和推广应用。燃料电池电堆作为燃料电池核心部件,其成本和性能对燃料电池的推广应用有重要影响。相较于传统内燃机,燃料电池具有转换效率高、产物无污染、运行噪音小等优点,但目前在功率密度、耐久性和成本等方面,仍有较大差距。基于目前对电堆现状的了解和电堆产品的理解,对电堆产品的开发流程全过程进行简述,以期完善电堆开发流程,从而提升电堆性能和品质。

振动对燃料电池电堆气密性的影响分析

为了解振动对燃料电池电堆气密性的影响,本文依据SAE J2380-2018的振动标准,利用多轴振动台架和气密性测试台对两个燃料电池电堆样品进行振动试验,测得了燃料电池电堆样品在振动前后的气密性变化结果。试验结果表明:振动对燃料电池电堆的气密性有一定的影响,样品的气密性均有所下降,燃料电池电堆的气密性与尺寸和结构等有一定的关系。

氢燃料电池电堆项目

产业类别:新能源项目概况:氢燃料电池电堆是发生电化学反应的场所,为氢燃料电池系统的核心部分。氢燃料电池汽车是氢燃料电池电堆项目成熟的商业化下游应用市场。从全球氢燃料电池市场规模来看,行业逐年上涨,市场增速预计加快,“十四五”期间,国内氢能车有望进入量产阶段,预计2025年全国氢燃料电池汽车产量有望达到10万辆左右,在2030年有望达到30万辆的规模,市场前景广阔。

大功率质子交换膜燃料电池电堆原位批量快速活化工艺研究

原位活化工艺对质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的性能具有重要影响。分析并总结了国内外关于PEMFC电堆原位活化机理和工艺的主要研究内容,提出了一种面向批量化生产的PEMFC电堆快速变流原位活化工艺,介绍了该工艺的具体试验参数和操作流程。结果表明,该工艺能有效缩短电堆活化时间,降低生产成本。此外,在该工艺中发现了一些典型问题,并作出了分析和研究。

基于实测数据的车载燃料电池电堆模型的快速构建

本文通过分析燃料电池电堆运行特性,搭建了包含参数提取功能的电堆模型,对一个完整运行周期的燃料电池发动机实际运行报文进行特性参数的自动提取,快速准确的得到基于实测数据的燃料电池电堆模型。实验导入了一段某款车载60kW氢燃料电池发动机实际运行报文,模型自动提取特性参数,仿真结果符合预期。

质子交换膜燃料电池在线监测方法研究进展

质子交换膜燃料电池作为一种高效、无污染的新一代发电技术在近年来得到广泛关注,但是其寿命问题依然严重制约其商业应用。通过对燃料电池状态进行在线监测来实现电池的快速故障诊断,是延长电池寿命的极有效的途径之一。本文对近年来质子交换膜燃料电池在线监测方向的文章进行了总结,并按照故障检测方法(包括极化曲线、循环伏安法、电化学阻抗谱等)进行分类讨论。同时,根据实际应用情况将单一检测方法和多种结合检测方法进行文献综述。另外,在总结现有的在线监测方法的基础上,本文提出了未来燃料电池在线监测需要解决的问题并进行展望。

微管式固体氧化物燃料电池两管串/并联电堆教学演示仪

用银线和银浆作为连接体将两根微管式固体氧化物燃料电池(μT-SOFC)串/并联制备成双管电堆。银因其优异的导电性和商业应用性,非常适合作为燃料电池电堆的连接体。在μT-SOFC两个阳极的方形取电口上涂覆银浆,与另一根电池的阴极或阳极连接,实现双电池的串联或并联。当运行温度为650℃时,串联的双管电堆的开路电压(OCV)接近2 V并且最大的输出功率(MP)达到了8.57 W;另外,并联电堆的OCV达到1.03 V,MP达到7.06 W。串/并联的双管电堆的输出功率能够驱动灯泡、风扇和外接的其他负载。电堆经过5 h的长期运行后依然保持着良好的稳定性,完全支持两个课时的教学演示实验。为锻炼学生的动手实验能力和加强SOFC原理的理解,教学实验将要求学生在完成电堆搭建的同时,设计制造一些小型电子负载,来演示SOFC的电化学性能。

质子交换膜燃料电池堆封装技术概述

良好的封装是保障燃料电池堆可靠运行的重要因素之一。通过调研燃料电池堆的封装技术要求、封装实现方式,总结封装技术的研究手段,对完善电池堆封装设计及验证体系具有重要的指导意义。