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.

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。

空冷型质子交换膜燃料电池堆温湿度特性建模

空冷型质子交换膜燃料电池(Air-CoolingPEMFC)电堆具有结构简单,自身能耗低等特点,在便携式电源研究领域有着更为光明的应用前景。在电堆的工作条件中,电堆工作温度和湿度是影响电堆性能的关键因素。以实验手段对空冷型电堆的温度和湿度特性进行研究,通过实验数据分析电堆工作温度和尾气排放周期对输出性能的影响,并结合分析结果基于遗传算法建立了电堆温度和湿度特性经验模型。研究结果有助于空冷型PEMFC电堆的温度和湿度特性分析、模型优化和实时控制系统的设计。

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.

PEMFC用Pt/C电催化剂制备工艺及性能

采用浸渍还原法制备负载型Pt/C电催化剂,通过制备条件的优化和采用对载体碳材在流动N2气氛中的热处理技术,制备出平均粒径为3.2nm的Pt/C电催化剂;通过TEM测定了Pt颗粒尺寸和粒径分布;通过XRD确定了电催化剂中Pt的晶面分布;通过SEM观察了Pt/C电催化剂在膜电极表面的分布。采用自制单体PEMFC的电流-电压曲线评价了自制Pt/C电催化剂的性能。

空冷型PEMFC电堆温度特性及模糊PID融合控制

以实验手段对空冷型电堆的温度特性进行研究,通过实验数据分析电堆工作温度对输出性能的影响,并结合分析结果推导出了电堆工作温度特性经验模型;同时针对电堆工作温度控制特点,设计了电堆工作温度的模糊PID融合控制方法。研究结果有助于空冷型PEMFC电堆的温度特性分析、模型优化和实时控制系统的设计。

空冷型PEMFC电堆输出特性研究

通过搭建空冷燃料电池实验平台,对5kW空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行不同负载电流下的风扇转速调节,得到PEMFC的输出特性. PEMFC启动初期,低转速使得电堆温度不断上升,受到温度的影响, PEMFC输出功率从升高转为下降.随着风扇转速的进一步增大,电堆温度持续下降,功率开始回升,空气进气量逐渐转为影响电堆输出功率的主要因素.实验结果表明,在不同负载电流下,存在一个转速临界值使得PEMFC达到热平衡,并使得系统输出较高净功率.