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Performance of HT-PEMFC Based on Improved Baffle Structure 被引量:1
1
作者 WEN Ranran WANG Zaixing +3 位作者 MAO Junkui WANG Renting LIANG Fengli ZHU Ruihan 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2021年第S01期102-114,共13页
This study combines the three-dimensional model of the high-temperature proton exchange membrane fuel cell(HT-PEMFC)with theoretical analysis,by optimizing the structure of the fuel cell,adding a semicircular baffle i... This study combines the three-dimensional model of the high-temperature proton exchange membrane fuel cell(HT-PEMFC)with theoretical analysis,by optimizing the structure of the fuel cell,adding a semicircular baffle in the gas channel and implementing novelly arranged obstacles to improve the PEMFC performance. The effects of velocity distribution,interface reactant concentration and pressure drop on performance are studied. The results show that adding obstacles in the gas channel will produce vertical velocity and can improve output performance,especially in the case of high current density and higher baffle radius. The superiority of the optimized structure in mass transfer capacity is proved,and a mechanism explanation is given for the improvement of performance. 展开更多
关键词 high-temperature proton exchange membrane fuel cell(ht-pemfc) BAFFLE mass transfer field synergy net power
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气体扩散层结构及入口速度对HT-PEMFCs的影响
2
作者 张贝贝 李培超 《农业装备与车辆工程》 2021年第12期116-121,共6页
为研究气体扩散层孔隙度、厚度以及入口速度对高温质子交换膜燃料电池物质输运以及性能的影响,建立了一个三维、非等温、单相流动数学模型。通过软件COMSOL Multiphsics进行数值模拟,得到不同孔隙度、厚度和入口速度下电池极化曲线分布... 为研究气体扩散层孔隙度、厚度以及入口速度对高温质子交换膜燃料电池物质输运以及性能的影响,建立了一个三维、非等温、单相流动数学模型。通过软件COMSOL Multiphsics进行数值模拟,得到不同孔隙度、厚度和入口速度下电池极化曲线分布、物质的浓度、流动速度、温度分布图。研究发现,增大GDL孔隙度有利于提高物质的传递,使得生成的水易于排出,提升电池的性能;GDL厚度减小缩短了气体扩散的路径,使得速度增大,提高电池性能;入口速度的增大有助于提高电池内部的物质传递,加快了化学反应,提高电池性能。同时,入口速度增大,有利于阴极侧生成的水排出。 展开更多
关键词 ht-pemfcs 数值分析 孔隙度 厚度 入口速度
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阳极操作条件对HT-PEMFC电流分布的影响
3
作者 付迎豪 张盟 +2 位作者 赵世雄 孙海 孙公权 《电源技术》 CAS 北大核心 2021年第11期1397-1400,共4页
高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)阳极采用重整气为燃料时,阳极操作条件对HT-PEMFC电流分布的均匀性有重要影响,并进一步影响电池的性能和寿命。探究了重整气组成、燃料化学计量比和放电电流对电流分布均匀性的影响。研究结果表明重整... 高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)阳极采用重整气为燃料时,阳极操作条件对HT-PEMFC电流分布的均匀性有重要影响,并进一步影响电池的性能和寿命。探究了重整气组成、燃料化学计量比和放电电流对电流分布均匀性的影响。研究结果表明重整气组分中H_(2)含量越低,CO含量越高,电流分布不均匀程度越大;降低燃料化学计量比和增加放电电流均导致电流分布均匀性降低,且H_(2)含量更低,CO含量更高的重整气为燃料时,燃料化学计量比和放电电流对电流分布的影响更加显著。研究结果可为HT-PEMFC流场结构、膜电极结构设计和操作条件优化提供指导。 展开更多
关键词 高温质子交换膜燃料电池 操作条件 电流分布 重整气
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高温质子交换膜燃料电池系统可靠性分析 被引量:1
4
作者 栗京京 孟海军 +1 位作者 张盟 孙海 《电源技术》 CAS 北大核心 2023年第5期595-600,共6页
可靠性是影响高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)系统结构设计及实用化程度的重要指标之一。使用可靠性框图和采用马尔可夫模型的状态空间法分析了HT-PEMFC系统的可靠性,其中可靠性框图用于评估不可修复系统的可靠性,根据HT-PEMFC系统的... 可靠性是影响高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)系统结构设计及实用化程度的重要指标之一。使用可靠性框图和采用马尔可夫模型的状态空间法分析了HT-PEMFC系统的可靠性,其中可靠性框图用于评估不可修复系统的可靠性,根据HT-PEMFC系统的可靠寿命及辅助系统各组件可靠性数据,评估了燃料处理器和燃料电池电堆的故障率及平均工作时间(MTTF)。采用马尔可夫模型的状态空间法用于评估可修复系统的可靠性,在1 000 h后系统可靠性为93.49%,3 000 h后系统可靠性保持稳定,约为92.20%,表明系统维护有利于提高系统的可靠性;此外若增加系统各组件的维护频率(修复率),可大幅提升系统在额定功率状态的概率和系统的可靠性。 展开更多
关键词 高温质子交换膜燃料电池 可靠性 可靠性框图 状态空间法
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物理参数对高温质子交换膜燃料电池性能的影响研究 被引量:1
5
作者 邓美隆 刘宇航 张凯 《汽车工程师》 2023年第3期1-7,共7页
利用COMSOL软件建立了燃料电池三维模型,研究了工作温度、氧气浓度和膜厚度对燃料电池性能的影响。结果表明:提高工作温度可以提高燃料电池的性能,其适合的工作温度范围为160~180℃;提高氧气浓度,燃料电池的输出性能明显提高;增加膜层... 利用COMSOL软件建立了燃料电池三维模型,研究了工作温度、氧气浓度和膜厚度对燃料电池性能的影响。结果表明:提高工作温度可以提高燃料电池的性能,其适合的工作温度范围为160~180℃;提高氧气浓度,燃料电池的输出性能明显提高;增加膜层的厚度会降低燃料电池的输出性能,最佳的膜厚度为20~60μm。 展开更多
关键词 高温质子交换膜燃料电池 工作温度 COMSOL 氧气浓度
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用于高温质子交换膜燃料电池研究的实验平台(英文) 被引量:3
6
作者 宋满存 裴普成 《汽车安全与节能学报》 CAS 2012年第3期287-292,共6页
实验是研究高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)的最直接、有效的手段之一。该文基于LabView软件,研发了一个用于高温PEM燃料电池研究的实验平台,用于采集温度、压强、质量流量,以及气体化学计量数等有价值的数据。该平台设置了质量流量... 实验是研究高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)的最直接、有效的手段之一。该文基于LabView软件,研发了一个用于高温PEM燃料电池研究的实验平台,用于采集温度、压强、质量流量,以及气体化学计量数等有价值的数据。该平台设置了质量流量、时间、步长等参数的控制策略,这些策略对于高温PEM燃料电池的车用化是必要的。应用该平台,测量了高温PEM单片燃料电池及1kW燃料电池堆的极化曲线和电压损失,完成了不同的流量控制策略下的对比实验,以便改善高温质子交换膜燃料电池在稳态和动态过程中的性能。这些研究结果有助于进一步研究高温质子交换膜燃料电池。 展开更多
关键词 燃料电池(FC) 质子交换膜(PEM) 高温质子交换膜燃料电池(ht-pemfc) 实验平台 控制策略 电压损失 极化曲线 气体化学计量数
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基于高温质子交换膜燃料电池和全钒液流电池的离网能源系统的配置优化 被引量:2
7
作者 黄雅琨 刘进一 张筱松 《发电技术》 2022年第2期305-312,共8页
提出并分析了一种以高温质子交换膜燃料电池(high temperature proton exchange membrane fuel cell,HTPEMFC)为核心的能源系统,采用全钒液流电池(vanadium redox flow battery,VRFB)作为储能装置,弥补了系统在满足负载需求上的缺陷。... 提出并分析了一种以高温质子交换膜燃料电池(high temperature proton exchange membrane fuel cell,HTPEMFC)为核心的能源系统,采用全钒液流电池(vanadium redox flow battery,VRFB)作为储能装置,弥补了系统在满足负载需求上的缺陷。分析了HT-PEMFC和VRFB的工作原理及输出性能,同时确定相关评估指标,探究系统最优配置,且分析了燃料电池负载率与运行效率的关系,将上游耗氢量也纳入考虑范围。探讨了以燃料电池为主供应电源的混合能源系统的配置优化,结果表明:在燃料电池负载率为22%时,总效率为41%,此时总年化成本取得最小值,相对于百分百负载的情况,系统投资成本上升了212.5%,但燃料成本下降了41.7%,系统整体增益明显。 展开更多
关键词 高温质子交换膜燃料电池(ht-pemfc) 全钒液流电池(VRFB) 效益评估 能源配置
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高温质子交换膜燃料电池研究进展 被引量:7
8
作者 梁洪浩 许思传 常国锋 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期279-281,共3页
温度是质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作的重要条件之一。根据研究,燃料电池的性能随着温度的提高而提升。由于受限于质子膜、催化剂等材料的特性,目前应用的PEMFC一般工作于低温环境(80℃以下),但国内外的某些研究机构很早以前就对高温... 温度是质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作的重要条件之一。根据研究,燃料电池的性能随着温度的提高而提升。由于受限于质子膜、催化剂等材料的特性,目前应用的PEMFC一般工作于低温环境(80℃以下),但国内外的某些研究机构很早以前就对高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)开始了研究。介绍了HT-PEMFC的优点以及世界范围内目前的研究进展,对HT-PEMFC的未来发展趋势进行了总结。 展开更多
关键词 高温质子交换膜燃料电池 高温质子膜 催化剂 水热管理
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高温质子交换膜燃料电池堆的建模与仿真 被引量:2
9
作者 林煌 焦魁 +1 位作者 尹燕 杜青 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1225-1227,1288,共4页
高温质子交换膜燃料电池相较于传统质子交换膜燃料电池具有更快的电化学动力性,简易的水热管理以及较强的耐CO能力等优点,因此已成为燃料电池研究工作的新热点。建立了高温质子交换膜燃料电池堆的模型,研究单电池数量、电流密度、阳极... 高温质子交换膜燃料电池相较于传统质子交换膜燃料电池具有更快的电化学动力性,简易的水热管理以及较强的耐CO能力等优点,因此已成为燃料电池研究工作的新热点。建立了高温质子交换膜燃料电池堆的模型,研究单电池数量、电流密度、阳极进气湿度等因素对电池堆性能的影响。研究表明,Z型结构电池堆内阳极气体质量流量分布比较一致,阴极气体质量流量分布呈中间低,两侧高的趋势。单电池数量、电流密度的增大会引起气体分布不均匀性的增强,进而使电池堆电压不均匀性增大;阳极进气湿度的变化主要影响电池欧姆损失。 展开更多
关键词 高温质子交换膜燃料电池堆 电压不均匀性 单电池数量 电流密度
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高温质子交换膜燃料电池电堆端板拓扑优化 被引量:4
10
作者 王浩然 吴私 +4 位作者 杨林林 兰海兵 陈超 孙伟 宋学官 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期142-148,共7页
以实现高温质子交换膜燃料电池单电池内部接触压力的均匀性与电堆内单电池之间接触压力的一致性为目的,建立了一种具有非线性接触边界条件的高温质子交换膜燃料电池电堆端板的拓扑优化模型.通过研究在一定工作温度下装配荷载对电堆内部... 以实现高温质子交换膜燃料电池单电池内部接触压力的均匀性与电堆内单电池之间接触压力的一致性为目的,建立了一种具有非线性接触边界条件的高温质子交换膜燃料电池电堆端板的拓扑优化模型.通过研究在一定工作温度下装配荷载对电堆内部接触压力的影响,并综合考虑端板的质量与制造难度,构建了一种适用于燃料电池电堆的简化模型.从基于热力耦合的有限元法出发,对燃料电池端板进行以最小质量为目标、最大应力为约束的拓扑优化,并在综合考虑结构形状与拓扑结果的基础上建立端板的几何模型.结果表明,拓扑优化得到的端板结构使电堆内部具有更均匀的接触压力,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 高温质子交换膜燃料电池 拓扑优化 有限元法 热力耦合分析
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高温质子交换膜燃料电池电堆稳定性分析与优化 被引量:3
11
作者 姬峰 郑博文 +4 位作者 罗若尹 杜玮 邓呈维 杨声 刘志强 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期5325-5331,共7页
高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)应用前景广阔,但是目前HT-PEMFC电堆寿命较短。为此,本文对一个百瓦级空冷HT-PEMFC电堆的稳定性进行了研究。恒电流测试结果发现电堆中间位置单电池电压的衰减速率是两端的5~10倍。XRD、TEM测试结果表... 高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)应用前景广阔,但是目前HT-PEMFC电堆寿命较短。为此,本文对一个百瓦级空冷HT-PEMFC电堆的稳定性进行了研究。恒电流测试结果发现电堆中间位置单电池电压的衰减速率是两端的5~10倍。XRD、TEM测试结果表明电堆不同位置单电池催化剂Pt粒径变化较小,而极板吸酸量滴定与欧姆极化损失分析结果表明中间位置单电池磷酸流失速率是两端的2~3倍,导致其内阻是两端的5~8倍,膜中磷酸的流失迁移至电极导致氧增益电压比两端增加41~102mV。综上,电堆中间位置单电池磷酸流失过快是导致电堆寿命缩短的主要原因,而电堆温度分布不均则是磷酸流失过快的主要原因。因此,若要提高电堆的寿命,关键要从电堆磷酸与热的管理方面进行优化。 展开更多
关键词 高温质子交换膜燃料电池 衰减 耐久性测试 酸流失
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高温聚合物电解质膜燃料电池大尺寸(200cm^(2))多蛇形流场模拟与优化 被引量:4
12
作者 罗来明 陈思安 +3 位作者 王海宁 张劲 卢善富 相艳 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期4975-4985,共11页
以大尺寸(100mm×200mm,200cm^(2))多蛇形流场为研究对象,通过数值模拟和实验的方法探究了阴极多蛇形流场的排布方式对高温聚合物电解质膜燃料电池输出性能的影响。相比于竖向排布多蛇形流场,基于横向排布的多蛇形流场的电池在进气... 以大尺寸(100mm×200mm,200cm^(2))多蛇形流场为研究对象,通过数值模拟和实验的方法探究了阴极多蛇形流场的排布方式对高温聚合物电解质膜燃料电池输出性能的影响。相比于竖向排布多蛇形流场,基于横向排布的多蛇形流场的电池在进气量1.527L/min和电压0.6V时展示出了更高的平均输出电流密度222.78mA/cm^(2)和更均匀的电流密度分布(均一指数为75.3%)。在此基础上,进一步对横向排布流场结构的气体通道数进行了优化。结果表明入口气体通道数的增加可以显著减少流场进出口的压降损失,但电池平均输出电流密度和均一指数也有所降低。其中,9通道横排多蛇形流场有较高的电池性能和较好的电流密度分布均匀性(相对于14通道)和较低的压降损失(相对于6通道),对进一步提高高温聚合物电解质膜燃料电池的性能及稳定性和商业化应用具有指导意义。 展开更多
关键词 高温聚合物电解质膜燃料电池 流场设计 排布方式 数值模拟 结构优化
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甘油对聚苯并咪唑基膜电极结构和性能的影响
13
作者 唐琪雯 井德水 南温暖 《常州大学学报(自然科学版)》 CAS 2021年第6期37-42,共6页
为使膜电极发挥最佳性能,一般需要对其进行活化,而膜电极的孔结构往往对活化起到关键性作用。通过在催化剂浆料中添加不同含量的甘油,制备了不同孔结构的膜电极,并考察了甘油含量对聚苯并咪唑(PBI)基膜电极的结构和性能的影响。结果表明... 为使膜电极发挥最佳性能,一般需要对其进行活化,而膜电极的孔结构往往对活化起到关键性作用。通过在催化剂浆料中添加不同含量的甘油,制备了不同孔结构的膜电极,并考察了甘油含量对聚苯并咪唑(PBI)基膜电极的结构和性能的影响。结果表明:随着甘油含量增加,100μm左右的大孔含量随之增加,气体扩散电极表面接触角依次降低;膜电极性能达到平稳所需的时间越短,活化前后膜电极性能提升的幅度越小;当甘油含量进一步提升至3.0 mg/cm^(2)时,膜电极的性能却出现了明显的下降,最佳甘油含量为1.5 mg/cm^(2)。 展开更多
关键词 高温质子交换膜燃料电池 膜电极 孔结构 活化
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