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Proton Exchange Membrane Fuel Cell with Humidifying Zone
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作者 吕维忠 刘志祥 +2 位作者 王诚 毛宗强 涨密林 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2010年第5期856-862,共7页
Water management is of great importance to maintain performance and durability of proton exchange membrane fuel cells. This paper presents a novel proton exchange membrane (PEM) fuel cell with a humidification zone in... Water management is of great importance to maintain performance and durability of proton exchange membrane fuel cells. This paper presents a novel proton exchange membrane (PEM) fuel cell with a humidification zone in the membrane electrode assembly (MEA) of each cell, in which the moisture of the cathode exhaust gas could transfer through the membrane to humidify anode or cathode dry gas. With a simple model, the relative humidity (RH) of the dry air exhaust from a membrane humidifier with 100% RH stream as a counter flow is calculated to be 60.0%, which is very close to the experimental result (62.2%). Fuel cell performances with hydrogen humidifying, air humidifying and no humidifying are compared at 50, 60 and 70°C and the results indicate that humidifying is necessary and the novel design with humidifying zone in MEA is effective to humidify dry reactants. The hydrogen humidifying shows better performance in short term, while water recovered is limited and the stability is not as good as air humidifying. It is recommended that both air and hydrogen should be humidified with proper design of the humidifying zones in MEA and plates. 展开更多
关键词 proton exchange membrane fuel cell humidifying zone
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Using SiO<sub>2</sub>Nanopowders in Anode Catalyst Layer to Improve the Performance of a Proton Exchange Membrane Fuel Cell at Low Humidity 被引量:1
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作者 Chien-Liang Lin Shih-Chieh Hsu Wei-Yu Ho 《Journal of Materials Science and Chemical Engineering》 2015年第1期72-79,共8页
In this study, the transfer method is employed to add hydrophilic SiO2 nanopowders to a Pt/C catalyst ink to form an anode catalyst layer on a proton exchange membrane (PEM). The SiO2-layered membrane electrode assemb... In this study, the transfer method is employed to add hydrophilic SiO2 nanopowders to a Pt/C catalyst ink to form an anode catalyst layer on a proton exchange membrane (PEM). The SiO2-layered membrane electrode assembly improves the performance of the PEM under low- or zero-humidification conditions. When the PEM fuel cell (PEMFC) undergoes electrochemical reaction, the moisture content of the PEM exhibits a substantial influence on the transmission of protons. To ensure the moisture content remains high, an external humidifier is typically employed to humidify the majority of PEMFCs. However, self-humidifying PEMFCs could utilize the water produced by the fuel cell reaction, thereby eliminating the need for an external humidifier. In this study, various SiO2 loadings were added to an anode catalyst layer, and the cell temperature and gas humidification conditions were adjusted to determine the influence of the SiO2 loadings on the fuel cell performance. The results show that adding SiO2 is preferable to not adding SiO2 when the fuel cell temperature is 50&deg;C. 展开更多
关键词 proton exchange Membrane fuel cell Self-Humidifying SIO2
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Multi-physics-resolved digital twin of proton exchange membrane fuel cells with a data-driven surrogate model 被引量:12
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作者 Bowen Wang Guobin Zhang +2 位作者 Huizhi Wang Jin Xuan Kui Jiao 《Energy and AI》 2020年第1期22-34,共13页
The development of multi-physics-resolved digital twins of proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs)is sig-nificant for the advancement of this technology.Here,to solve this scientific issue,a surrogate modelling me... The development of multi-physics-resolved digital twins of proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs)is sig-nificant for the advancement of this technology.Here,to solve this scientific issue,a surrogate modelling method that combines a state-of-the-art three-dimensional PEMFC physical model and data-driven model is proposed.The surrogate modelling prediction results demonstrate that the test-set relative root mean square errors(rRMSEs)of the multi-physics fields range from 3.88%to 24.80%and can mirror the multi-physics field distribution charac-teristics well.In summary,for multi-physics field prediction,the data-driven surrogate model has a comparable accuracy to the comprehensive 3D physical model;however,it considerably reduces the cost of computation and time and achieves the efficient multi-physics-resolved digital-twin.Two model-based designs based on the as-developed digital twin framework,i.e.the PEMFC healthy operation envelope and the PEMFC state map,are demonstrated.This study highlights the potential of combining data-driven approaches and comprehensive physical models to develop the digital twin of complex systems,such as PEMFCs. 展开更多
关键词 proton exchange membrane fuel cell Digital twin Data-driven surrogate model Three-dimensional physical model Model-based design
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Perfluorosulfonic acid proton exchange membrane with double proton site side chain for high-performance fuel cells at low humidity
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作者 Hongyun Tan Shengqiu Zhao +11 位作者 S.Eltahir Ali Shuhong Zheng Abdullah K.Alanazi Rui Wang Haining Zhang Hala M.Abo-Dief Ben Bin Xu Hassan Algadi Handong Li Priyanka Wasnik Zhanhu Guo Haolin Tang 《Journal of Materials Science & Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第35期155-163,共9页
Structural optimization of ionomers is an effective strategy for achieving high-performance proton ex-change membranes(PEMs)under low relative humidity(RH)conditions.In this study,sulfonimide group and trifluoromethan... Structural optimization of ionomers is an effective strategy for achieving high-performance proton ex-change membranes(PEMs)under low relative humidity(RH)conditions.In this study,sulfonimide group and trifluoromethanesulfonate acid(TFSA)ionic liquids were introduced to the perfluorosulfonic acid(PFSA)side chain,resulting in polymer membranes with varying chain lengths(i.e.,PFC_(2)-TF-SI,PFC_(4)-TF-SI,and PFC_(5)-TF-SI).This dual proton-conducting structure extended the length of the hydrophilic side chain and enhanced the hydrophobic-hydrophilic phase separation,aiding in the formation of proton transport channels.Notably,the proton conductivity of PFC_(5)-TF-SI and PFC_(2)-TF-SI membranes reached 7.1 and 10.6 mS/cm at 30%RH and 80℃,respectively,which were approximately 29.1%and 92.7%higher than that of the pristine PFC_(5)-SA membrane(5.5 mS/cm).Furthermore,the maximum power density of the PFC_(5)-TF-SI and PFC_(2)-TF-SI membranes from the built single fuel cell achieved 649 and 763 mW/cm^(2) at 30%RH and 80℃,respectively,which were higher than that of the pristine PFC_(5)-SA membrane(567 mW/cm^(2))by about 14.5%and 34.6%,respectively.Thus,this study provides a strategy for PEM design under low RH conditions. 展开更多
关键词 proton exchange membrane Structural design Dual proton conduction Hydrophilic channel proton conductivity fuel cells
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Numerical Study of Water Transport and Operating Strategy for Fuel Cells with Segmented Water Management Flow Fields
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作者 CHEN Chengdai WANG Changhong ZHENG Zijun 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期1577-1589,共13页
The effective cathode flow field design can realize the internal water balance and higher current density output of proton exchange membrane fuel cells(PEMFC).Therefore,a segmented water management flow field is propo... The effective cathode flow field design can realize the internal water balance and higher current density output of proton exchange membrane fuel cells(PEMFC).Therefore,a segmented water management flow field is proposed in this study,i.e.a half separated-half coupled cathode(HSHC)flow field which has two inlets but just one outlet.A 3D numerical PEMFC model is applied to study the effect of the HSHC flow field on PEMFC performance and its operating strategy in terms of operating conditions.The study results are shown as follows:Compared with the two conventional cathode flow fields,the HSHC flow field improves the water balance along the channel and increases the current density by 17.1%at a cathode stoichiometry of 3.25.It is because the HSHC flow field can overcome the water loss at channels upstream and the water accumulation at channels downstream.The draw water phenomenon(DWP)in the HSHC flow field is observed,which is mainly affected by the water vapor pressure of channel.Based on the DWP,cooling channel inlet flow rates can be used to adjust water balance,but severe water loss should be avoided.In addition,the inlet temperature control in HSHC flow field should be that cell temperature>cathode channel inlet temperature>cooling channel inlet temperature>ambient temperatures for better water balance. 展开更多
关键词 proton exchange membrane fuel cells channel design segmented water management water balance operating strategy
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Preparation of a self-humidifying membrane electrode assembly for fuel cell and its performance analysis 被引量:4
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作者 王诚 毛宗强 +2 位作者 徐景明 谢晓峰 杨立寨 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2003年第5期501-508,共8页
A novel nano-porous material SiO2-gel was prepared. After being purified by H2O2, then protonized by H2SO4 and desiccated in vacuum, the SiO2-gel, mixed with Nafion solution, was coated between an electrode and a soli... A novel nano-porous material SiO2-gel was prepared. After being purified by H2O2, then protonized by H2SO4 and desiccated in vacuum, the SiO2-gel, mixed with Nafion solution, was coated between an electrode and a solid electrolyte, which made a new type of self-humidifying membrane electrode assembly. The SiO2 powder was characterized by FTIR, BET and XRD. The surface of the electrodes was characterized by SEM and EDS. The performances of the self-humidifying membrane electrodes were analyzed by polarization discharge and AC impedance under the operation modes of external humidification and self-humidification respectively. Experimental-results indicated that the SiO2 powder held super-hydrophilicity, and the layer of SiO2 and Nafion polymer between electrode and solid electrolyte expanded three-dimension electrochemistry reac-tion area, maintained stability of catalyst layer and enhanced back-diffusion of water from cathode to anode, so the PEM Fuel cell can generate electricity at self-humidification mode. The power density of single PEM fuel cell reached 1.5 W/cm2 under 0.2 Mpa, 70°C and dry hydrogen and oxygen. 展开更多
关键词 fuel cell proton exchange membrane water management self-humidifying SILICA gel.
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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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具有泡沫金属流场的燃料电池研究进展 被引量:1
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作者 艾贤魏 魏琳 +2 位作者 郭剑 车帅 蒋方明 《新能源进展》 CSCD 北大核心 2024年第1期24-34,共11页
泡沫金属是一种具有高孔隙率、高电导率、良好传热性和重量较轻等优点的新型多功能材料,在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中嵌入泡沫金属作为流场的应用受到越来越多的关注。重点综述PEMFC流场的研究进展,探讨泡沫金属结构参数、流场设计和... 泡沫金属是一种具有高孔隙率、高电导率、良好传热性和重量较轻等优点的新型多功能材料,在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中嵌入泡沫金属作为流场的应用受到越来越多的关注。重点综述PEMFC流场的研究进展,探讨泡沫金属结构参数、流场设计和环境因素等对功率密度、气体分布、压降和水热管理等性能的影响。进一步讨论泡沫金属流场在PEMFC应用中所面临的腐蚀和水淹问题,以及具备耐腐蚀涂层泡沫金属的研究进展,为PEMFC泡沫金属流场的发展和优化提供有益的启示,以期推进泡沫金属在PEMFC中的应用。 展开更多
关键词 泡沫金属 质子交换膜燃料电池 流场设计 腐蚀 水热管理
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氮气流量对VNbMoTaWN_(x)薄膜作为PEMFC不锈钢双极板改性层性能的影响 被引量:1
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作者 李荣斌 黄从发 +1 位作者 周滔 张如林 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期90-98,共9页
目的降低SS316L表面的接触电阻,提高耐腐蚀性能。方法采用非平衡场磁控溅射离子镀技术在SS316L不锈钢表面制备VNbMoTaW和不同氮气流量的VNbMoTaWN_(x)薄膜。使用场发射扫描电镜、XRD衍射仪、XPS光电子能谱仪、电化学工作站、接触电阻测... 目的降低SS316L表面的接触电阻,提高耐腐蚀性能。方法采用非平衡场磁控溅射离子镀技术在SS316L不锈钢表面制备VNbMoTaW和不同氮气流量的VNbMoTaWN_(x)薄膜。使用场发射扫描电镜、XRD衍射仪、XPS光电子能谱仪、电化学工作站、接触电阻测试装置,研究了改性涂层的组成和结构对接触电阻和耐腐蚀性能的影响。结果扫描电子显微镜结果表明,所有薄膜表面致密且连续、与基体结合良好。随着氮气流量的增加,氮化物相逐渐增多、柱状晶结构减少、薄膜更加致密紧凑。XRD结果表明,未通氮气的高熵合金薄膜具有高熵合金体心立方结构,并沿(110)晶面方向生长。随着氮气流量的增加,氮化物相逐渐增多,薄膜晶体结构开始从体心立方结构转变为面心立方结构。结合XPS分析结果可知,VNbMoTaWN_(x)薄膜表面主要由金属氮化物和少量高熵合金BCC相组成,并且随着氮气流量的增加,金属氮化物相逐渐增多。与单层VNbMoTaW薄膜相比,VNbMoTaWN_(x)薄膜具有更好的耐腐蚀性和导电性能。氮流量为12mL/min的高熵合金氮化物薄膜具有最优异的综合性能。表面改性后的薄膜接触电阻大幅度降低,在1.4MPa的压力下,与碳纸的接触电阻仅为12.2 mΩ·cm^(2),接近美国能源部(DOE)的技术目标。由动电位极化曲线测得VNbMoTaWN_(x)-12mL/min在模拟PEMFC阴极环境下的腐蚀电流密度为0.040μA/cm^(2),与SS316L基体相比,薄膜的耐腐蚀性得到了很大提升。在0.6 V恒电位模拟阴极环境下,VNbMoTaWN_(x)-12 mL/min的电流密度稳定在1.01μA/cm^(2),接近美国能源部1μA/cm^(2)的目标。结论VNbMoTaW和不同氮气流量的VNbMoTaWN_(x)薄膜能显著提高SS316L基体的耐腐蚀性和导电性能。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 双极板 高熵合金薄膜 耐腐蚀性 接触电阻
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船舶应用燃料电池系统的设计与试验
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作者 张宝 王鹏 +2 位作者 安勇攀 吕平 蒋建良 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2554-2567,共14页
受到航海运输领域的新政策和严格的排放法规限制,船舶应用燃料电池受到越来越多的关注与重视,尤其是具有高效率、低噪声、模块化的质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统。本文介绍了由新源动力股份有限公司开发的船用PEMFC系统,以隔离防护和... 受到航海运输领域的新政策和严格的排放法规限制,船舶应用燃料电池受到越来越多的关注与重视,尤其是具有高效率、低噪声、模块化的质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统。本文介绍了由新源动力股份有限公司开发的船用PEMFC系统,以隔离防护和泄露探测为基准要求,该PEMFC系统配置了多个安全参数检测装置,对于BOP部件选型采用了针对性的方案,通过水热管理优化及标定,系统额定效率和峰值效率分别为45%和62%。为了证明PEMFC系统满足功能完善及安全可靠的要求,采用设计试验的方法研究并制定了性能评价试验,分别是可靠性试验、低温启动试验及双机并联试验。试验结果表明:经历了200h动态工况测试后系统在中间功率下性能无变化,在额定功率下电堆性能衰减率为1.2%;基于良好的水热管理及多模式控制手段,实现了吹扫时间和单体电压偏差大幅降低,当环境温度为-30℃时顺利实现低温启动,高于船用规范中的最苛刻要求;在高功率需求及冗余设计目标下,双机并联使得系统总成动力输出更平稳、可靠,而且通过交替启动策略提高了系统耐久性,不同的工作模式为系统维护及故障处理提供了基础条件;PEMFC系统具备搭载实船应用的能力。本文为船用PEMFC系统的设计和开发提供了参考依据。 展开更多
关键词 船用 燃料电池 设计 质子交换膜燃料电池系统 水热管理 优化 可靠性
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质子交换膜燃料电池中碳纸微孔层设计的研究进展
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作者 蔡书涵 胡泽鸿 +5 位作者 杨垚磊 闻斌 洪毅 张欣 郭大亮 沙力争 《中国造纸》 CAS 北大核心 2024年第5期84-93,115,共11页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种极具潜力的电化学装置,具有广泛的应用前景,但有效的水管理方法还需探索。不合适的水负荷会引起各种问题,包括材料的降解和反应物传质受限等,损害电池的长期耐用性。在气体扩散层(GDL)中引入微孔层(M... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种极具潜力的电化学装置,具有广泛的应用前景,但有效的水管理方法还需探索。不合适的水负荷会引起各种问题,包括材料的降解和反应物传质受限等,损害电池的长期耐用性。在气体扩散层(GDL)中引入微孔层(MPL)是改善水管理能力和性能的有效方式。本文综述了以碳纸为大孔底物,近年来MPL结构和材料设计方面的研究进展,展望MPL的未来研究方向,对开展提高电池性能的研究具有重要意义。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 碳纸 微孔层 改进设计
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基于TC275的质子交换膜燃料电池控制器设计
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作者 黄文辉 于庆瑞 +3 位作者 王军 张景峰 孙娜 董海鹰 《现代电子技术》 北大核心 2024年第18期22-28,共7页
为提高质子交换膜燃料电池系统的能量转换效率,减少研发成本,通过分析燃料电池控制系统的功能需求,设计一种基于英飞凌TC275微处理器的燃料电池智能控制器。该控制器采集所供给燃料的温度、湿度、压力、流量,以及电堆运行时的温度、压... 为提高质子交换膜燃料电池系统的能量转换效率,减少研发成本,通过分析燃料电池控制系统的功能需求,设计一种基于英飞凌TC275微处理器的燃料电池智能控制器。该控制器采集所供给燃料的温度、湿度、压力、流量,以及电堆运行时的温度、压力和输出的电压、电流等参量,根据负载功率需求,经过智能算法实时计算后,输出相应的控制指令来调节流量计等执行器件,维持燃料电池系统智能高效、安全稳定的运行;此外,该控制器采用RS 485通信,实现燃料电池系统与上位机之间的信息交互,并实时控制燃料电池系统的运行工况。将该控制器应用于3 kW的质子交换膜燃料电池系统,其监控性能良好、运行稳定可靠,并与建立的仿真模型进行对比,实验结果一致,满足燃料电池系统的控制要求。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 智能控制器 TC275 微处理器 RS 485通信 信息交互 电路设计
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PEM燃料电池凸台流道性能三维仿真分析及结构参数优化
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作者 张硌 蒲东义 +3 位作者 胡松 樊芷君 陈东方 徐晓明 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期545-552,共8页
在氢能技术快速发展的背景下,作为关键应用之一的质子交换膜燃料电池(PEMFC)的流道设计受到重点研究。该研究通过构建基于实际尺寸的PEMFC全尺寸单流道模型,并在模型中嵌入不同形状的凸台结构,使用Comsol仿真分析探究凸台几何参数对电... 在氢能技术快速发展的背景下,作为关键应用之一的质子交换膜燃料电池(PEMFC)的流道设计受到重点研究。该研究通过构建基于实际尺寸的PEMFC全尺寸单流道模型,并在模型中嵌入不同形状的凸台结构,使用Comsol仿真分析探究凸台几何参数对电池性能的影响。结果表明:凸台结构能显著提升功率输出,电流密度增幅达到10%至31.25%,功率提高3%至9.2%;气体流速与功率输出与凸台高度呈正相关,0.2 mm高的矩形凸台性能最佳,显示适宜的凸台高度能有效提升PEMFC效率;通过增强传质效果、优化工质在燃料电池内部的分布,尤其改善流道后半段的水淹,凸台的设置可进一步增强电池功率。与凸台长度相比,凸台高度是主要的优化方向。该研究为全尺寸的PEMFC流道优化提供了理论上的支持,对提高氢能源效率具有指导意义。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 流道设计 凸台结构 全尺寸建模 Comsol仿真
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绑带封装质子交换膜燃料电池端板拓扑优化
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作者 邵孟 赵振东 +2 位作者 张浩 刘国庆 吴金国 《小型内燃机与车辆技术》 CAS 2024年第2期38-44,共7页
燃料电池堆的端板质量与封装载荷均匀化分布程度直接影响电堆的功率密度、效率、可靠性和使用寿命。为了减少绑带封装质子交换膜燃料电池端板结构质量,提高电堆内部接触压力均匀性,通过数值仿真方法,基于等效刚度模型,建立了燃料电池电... 燃料电池堆的端板质量与封装载荷均匀化分布程度直接影响电堆的功率密度、效率、可靠性和使用寿命。为了减少绑带封装质子交换膜燃料电池端板结构质量,提高电堆内部接触压力均匀性,通过数值仿真方法,基于等效刚度模型,建立了燃料电池电堆端板的二维拓扑优化模型。结果表明,底面平直结构的端板通过拓扑优化可以显著实现轻量化目标,但是无法在实现减重的同时提高堆体的压力分布均匀性,且在平均体积因子达到0.5时为最优结构;底面上倾结构端板能够明显改善电堆内部的接触压力均匀性。对底面上倾结构端板进行拓扑优化能够在减重的同时提升堆体的压力分布均匀性,当端板底面上倾高度为0.09 mm时,压力分布的均一性最好,综合评价指标也最优,因此拓扑优化可以为端板的结构设计提供理论参考。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 均匀性 拓扑优化 轻量化设计
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基于金属有机框架的燃料电池阴极催化材料的设计
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作者 白一含 陈馨蕊 +3 位作者 冯振 冀盛亚 李佳 苏光 《广州化工》 CAS 2024年第17期27-30,共4页
质子交换膜燃料电池具有转化率高、噪音低等优点,但其阴极采用了高成本的贵金属铂。在此,采用具有单原子特性的金属有机框架材料来替代铂材料。从理论上构建以Mn等过渡金属原子为连接节点的金属有机框架,采用第一性原理计算方法考察其... 质子交换膜燃料电池具有转化率高、噪音低等优点,但其阴极采用了高成本的贵金属铂。在此,采用具有单原子特性的金属有机框架材料来替代铂材料。从理论上构建以Mn等过渡金属原子为连接节点的金属有机框架,采用第一性原理计算方法考察其作为阴极电催化剂的氧化还原特性。研究表明,以Mn为中心连接节点的金属有机框架氧还原活性最佳,过电位为0.32 V,工作电位为0.91 V。研究结果为金属有机框架单原子催化材料的应用提供了理论支撑。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 氧还原反应 二维金属有机框架材料 设计与优化
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质子交换膜燃料电池堆密封研究进展
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作者 张娟 李航 +2 位作者 李团锋 王亮亮 张尉 《东方电气评论》 2024年第4期6-10,共5页
质子交换膜燃料电池堆的密封性能直接关系到电堆的安全性、可靠性和耐久性。本文综述了电堆密封技术要求、电堆密封设计、密封材料选型和密封工艺路线等密封技术的研究进展,提出了密封材料选型的建议和未来密封技术路线的发展方向,为长... 质子交换膜燃料电池堆的密封性能直接关系到电堆的安全性、可靠性和耐久性。本文综述了电堆密封技术要求、电堆密封设计、密封材料选型和密封工艺路线等密封技术的研究进展,提出了密封材料选型的建议和未来密封技术路线的发展方向,为长寿命、高性能燃料电池堆密封设计和验证提供理论参考。 展开更多
关键词 质子交换膜 燃料电池堆 密封设计 材料选型 工艺路线
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基于构形定理的流道设计对PEMFC的性能影响的数值仿真分析
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作者 谭琼 刘剑剑 +2 位作者 潘建欣 吴桐 杨军 《船电技术》 2024年第6期62-69,共8页
PEMFC的性能与其流场的设计息息相关,流场的设计改变了扩散通量,即改变了通道内反应气体扩散到气体扩散层以及催化剂层的过程。本文基于构形理论以及Murray's Law等相关文献的设计思路提出一种新的流道形式,并且将新的流道与传统流... PEMFC的性能与其流场的设计息息相关,流场的设计改变了扩散通量,即改变了通道内反应气体扩散到气体扩散层以及催化剂层的过程。本文基于构形理论以及Murray's Law等相关文献的设计思路提出一种新的流道形式,并且将新的流道与传统流道在保持其他条件一致的情况下进行比较,证明其具有更好的电流密度分布和更加适合排水的全局流速。此外本文还通过建立不同的模型分析了不同因素对流道性能的影响。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 结构设计 仿真分析 构形定理
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新型自增湿膜电极的制备及其燃料电池性能 被引量:16
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作者 王诚 毛宗强 +1 位作者 徐景明 谢晓峰 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期140-142,共3页
A novel method for the preparation of a self-humidifying MEA used for PEMFC and the optimum conditions for the fabrication are presented. Different from the method involved dispersion of Pt particles through out the m... A novel method for the preparation of a self-humidifying MEA used for PEMFC and the optimum conditions for the fabrication are presented. Different from the method involved dispersion of Pt particles through out the membrane or between two thin membranes. The new type self-humidifying MEA gain self-humidifying operation by asymmetry electrode. The anode with 0.1 mg Pt/cm 2, has super-hydrophilicity by coating the hydrophilic colloid, while the cathode with 0.4 mg Pt/cm 2, has a strong hydrophobic nature by doping PTFE. When the current density is less than 2.3 A/cm 2, the discharge performance of the humidifying gases little excel the self-humidifying operation, but more than 2.3 A/cm 2, the self-humidifying operation do better than humidifying gases operation, and the most power density reaches over 1.5 W/cm 2. Inner resistance of electrochemistry reaction and transportation are studied by the AC impedance method, and validate that the self-humidifying MEA can give a good three-dimension reaction area with dry hydrogen and dry oxygen. 展开更多
关键词 自增湿膜电极 制备 性能 质子交换膜 燃料电池
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纳米TiO_2复合膜的制备及在燃料电池中的应用 被引量:9
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作者 王诚 徐鹏 +3 位作者 毛宗强 王利生 葛凯勇 徐景明 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2006年第9期1432-1436,共5页
利用溶胶-凝胶法与加温、加压-流延工艺成功地制备出锐钛矿与金红石2种TiO2的质子交换复合膜。通过XRD,FTIR,EDS和AFM方法研究了复合膜晶形信息、化合键信息、元素分布、表面粗糙度,并组装了燃料电池进行了电化学测试。实验表明:TiO2掺... 利用溶胶-凝胶法与加温、加压-流延工艺成功地制备出锐钛矿与金红石2种TiO2的质子交换复合膜。通过XRD,FTIR,EDS和AFM方法研究了复合膜晶形信息、化合键信息、元素分布、表面粗糙度,并组装了燃料电池进行了电化学测试。实验表明:TiO2掺杂全氟磺酸树脂的复合膜能在干气的操作条件下自增湿发电,电化学稳定,最高功率密度超过1W/cm2;而且发现在复合膜中掺杂物的晶形影响燃料电池的自增湿发电性能,在70℃,0.2MPa,化学计量数为1.5的干H2/干O2操作环境下,锐钛矿型复合膜在0.55V下的电流密度接近2A/cm2,比金红石型复合膜增大了0.34A/cm2,表现出了优良的自增湿电化学性能。最后讨论了TiO2/PFSA复合膜的质子传递机理。 展开更多
关键词 燃料电池 二氧化钛 质子交换膜 自增湿
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碳纸对燃料电池自增湿性能的影响 被引量:7
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作者 王诚 毛宗强 +2 位作者 徐景明 谢晓峰 杨立寨 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期125-128,共4页
使用 TGP-H-0 2 8(0 .2 8mm) ,TGP-H-0 60 (0 .1 9mm) ,TGP-H-0 3 0 (0 .1 1 mm)等 3种 Toray碳纸制备膜电极 ,将组装燃料电池进行极化曲线与交流阻抗分析发现 ,厚碳纸 TGP-H-0 2 8对自增湿发电性能略为有利 ,其最大功率密度比 TGP-H-0 ... 使用 TGP-H-0 2 8(0 .2 8mm) ,TGP-H-0 60 (0 .1 9mm) ,TGP-H-0 3 0 (0 .1 1 mm)等 3种 Toray碳纸制备膜电极 ,将组装燃料电池进行极化曲线与交流阻抗分析发现 ,厚碳纸 TGP-H-0 2 8对自增湿发电性能略为有利 ,其最大功率密度比 TGP-H-0 3 0薄碳纸高 0 .0 5 W/cm2 左右 ;用聚四氟乙烯乳液疏水处理 Toray TGP-H-0 60碳纸 ,制备的 MEA的自增湿电性能随着聚四氟乙烯质量分数 (2 0 %~ 40 % )的升高而增大 ,最大功率密度升高至 0 .2 5 W/cm2左右 .当聚四氟乙烯质量分数继续升高到 60 %时 ,电性能开始下降 ,并比质量分数为40 %的聚四氟乙烯的电性能低 .通过压汞仪。 展开更多
关键词 燃料电池 质子交换膜 自增湿 碳纸 电极
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