PAFC空气电极催化层相界面结构分析

提出一个考虑了催化层中电压不均匀分布，可以在任意气体压力ｐ、输出电流密度Ｉ工作条件下，表征ＰＡＦＣ空气电极行为的数学模型．发现表征“气／液”相界面比表面的参数ＡＢ与Ｉ在不同的ｐ下呈不同的线性关系．其中在较低的压力下ＡＢ对Ｉ有较深的依赖关系，而在较高的压力ｐ下，ＡＢ趋向与Ｉ无关．表征“液／固”界面的参数ＡＩ在不同ｐ、Ｉ下基本保持不变．利用所构建的数学模型对ＰＡＦＣ空气电极中催化反应层内Ｏ２电化学还原速率进行了定量分析．结果表明，大电流下运行的空气电极，其主要的电极反应发生在“扩散层／催化层”交界处的催化反应层中，意味着厚的催化反应层是不必要的．

PAFC空气电极气体扩散层数学模型与数值分析

A mathematic model is used to describe the mass transfer of mulfticomponents [O2, H2O(g), N2] in the gas diffusion layer of air electrodes of phosphoric acid fuel cells (PAFC). A program of solving this mathematic model is designed with FORTRAN77. The main factors effecting the efficiency of mass transfer in gas diffusion layer are predicted by means of the numberical analysis of the proposed model. The range of these fartors allowed to change is also determined.

PEM燃料电池阴极传质过程的二维数值模拟

在混合流动模型的基础上,建立了一个新的二维、稳态、非等温、两相流的单电池电化学反应模型。此两相流模型将催化剂层作为一个实体层来处理,而不是将其看作是一个没有厚度的界面。模型在组分方程中还考虑了水分的相变,并在能量方程和动量方程中考虑了水分相变带来的影响。模型模拟了空气过量系数变化时PEMFC阴极中氧气和水的扩散传递及浓度分布过程。分析操作参数对电池性能的影响,以便得到最佳操作参数,为燃料电池的实际应用提供参考。

PEM燃料电池阴极催化剂层特性

为了提高催化剂层的特性和PEM燃料电池的性能,加速它的推广和应用。给出了一个PEM燃料电池阴极传热传质的数学模型,模拟研究了阴极催化剂层中氧气体积分数、电流密度、阻抗和温度分布的规律。研究发现:模拟条件下,在阴极催化剂层中的传质中,质子传递过程是阴极性能的控制过程;沿着气体通道方向,催化剂层中的氧气浓度、电流密度、阻抗和温度均渐渐降低;沿着Y轴方向,氧气体积分数,阻抗和温度渐渐降低,而电流密度升高。研究结果对PEM燃料电池阴极结构优化和提高性能具有重要的参考作用。

质子交换膜燃料电池内部传热传质三维模拟

针对常规流场质子交换膜燃料电池提出了三维非等温数学模型。模型考虑了电化学反应动力学以及反应气体在流道和多孔介质内的流动和传递过程，详细研究了水在质子膜内的电渗和扩散作用。计算结果表明，反应气体传质的限制和质子膜内的水含量直接决定了电极局部电流密度的分布和电池输出性能；在电流密度大于0．3．0．4A／cm^2时开始出现水从阳极到阴极侧的净迁移；高电流密度时膜厚度方向存在很大的温度梯度，这对膜内传递过程有较大影响。

质子交换膜燃料电池系统建模仿真与控制

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)建立合适的数学模型,有助于改善PEMFC的设计。结合燃料电池的电场与温度场,建立了包含质子交换膜燃料电池的电化学模型与温度模型的数学模型,通过MATLAB软件进行仿真,仿真结果表明该模型较好地反映出PEMFC系统的动态特性,并研究了工作温度、反应气体工作压力以及质子交换膜面积变化对电池输出性能的影响。与此同时结合所建立的质子交换膜燃料电池模型设计了一款采用PID控制的Boost升压电路,将燃料电池输出不稳定的电压转变成可供给负载稳定使用的24V电压。

磷酸型燃料电池空气电极催化反应层数学模型与数值分析

从描述多组分气体在多孔介质中传质的Ｓｔｅｎｆａｎ－Ｍａｘｗｅｌｌ方程出发，结合磷酸型燃料电池（ＰＡＦＣ）空气电极过程的自身特点及ＰＡＦＣ中Ｏ２还原过程的最新成果，建立了描述ＰＡＦＣ空气电极催化反应层中组分传质、反应速度和电位分布的数学模型，并对模型中引入的主要参数提出了估算的方法。氧还原过程的电位－电流曲线与实际测量曲线吻合。

双室微生物燃料电池阳极区域动态模拟

为了探究不同因素对微生物燃料电池(MFC)电流输出影响,建立了以葡萄糖为底物,硫瑾为电子中介体的微生物燃料电池阳极区域一维动态传质模型。模型方程用MATLAB软件编程求解,考查并分析了微生物、葡萄糖和还原态电子中介体初始浓度与外接电阻值对电池电流的影响,并与实验结果进行了对比。模拟结果表明:与稳态传质模型相比,作者所建立的动态传质模型模拟结果和实验结果能够更好吻合;增加阳极室中微生物初始浓度、葡萄糖初始浓度,还原态电子中介体初始浓度或减小外接电阻值均有利于增加电池电流且模拟结果与实验结果一致;当阳极室中还原态电子中介体的初始浓度为0.1 mmol×L^(-1)电极表面浓差极化现象对电池电流影响较大,导致模拟数据与实验数据有偏差。该模型可为研究其他复杂模型提供参考。

免增湿型空气自呼吸燃料电池的研究进展

空气自呼吸质子交换膜燃料电池是一种主动吸取空气的燃料电池装置,由于本身的高能量转换效率和反应产物环保的优点被广泛应用在各种移动供电系统中。但是空气自呼吸质子交换膜燃料电池正常工作需要面对一系列问题,包括防止反应气体泄漏、电化学反应生成水的管理、热量的扩散和能够长时间稳定工作以及由于反应气体的不充分湿润和质子交换膜内水分子的电渗,扩散和蒸发作用造成的质子交换膜脱水等,这些问题都会严重影响燃料电池的性能表现。因此本文围绕以上的问题介绍国内外的研究情况,包括空气自呼吸质子交换膜燃料电池各组成部件的研究和开发,例如单电池中阴极集流板的开孔样式对氧气运输和水分管理的影响,气体扩散层和双极板的材料选用;通过添加亲水物质或改良催化剂载体等方法制作免增湿膜电极来实现空气自呼吸燃料电池免增湿目的以及改良阴极部件构造使水分在亲水织物材料的毛细管作用下能够合理分布在膜电极周围。通过介绍国内外关于空气自呼吸燃料电池的应用实例,展望了空气自呼吸燃料电池的应用前景和发展趋势。最后对如何提高空气自呼吸燃料电池性能的方法也作出了简单的总结。