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PEMFC船形堵块阴极流场的性能
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作者 蔡永华 胡健平 罗子贤 《电池》 CAS 北大核心 2024年第1期14-18,共5页
建立流体体积(VOF)两相流模型,研究船形堵块流道的排水性能。建立不同开孔率的船形堵块流道三维模型,研究船形堵块及开孔率对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。船形堵块流道峰值净功率密度相较于传统直流道可提升9.4%,相较于同堵... 建立流体体积(VOF)两相流模型,研究船形堵块流道的排水性能。建立不同开孔率的船形堵块流道三维模型,研究船形堵块及开孔率对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。船形堵块流道峰值净功率密度相较于传统直流道可提升9.4%,相较于同堵塞率下的梯形堵块流道可提高2.9%,具有较好的强化传质作用。通过提高船形堵块流道的开孔率,PEMFC可以获得更好的性能。在相同开孔率下,船形堵块流道的氧气摩尔浓度较直流道和梯形堵块流道分别提高28.6%和14.0%。结果表明,相较于传统直流道,船形堵块流道可降低排水周期和流道内平均水含量,具有更好的排水性能。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 流道 排水性能 阴极流场 船形堵块 流体体积(VOF)两相流模型
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PEMFC金属双极板金涂层原电池腐蚀机理研究
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作者 田晓楠 程凤 +1 位作者 梁溆锴 郭伟 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第2期242-246,共5页
为了追求低接触电阻和高耐腐蚀性能,金涂层虽然成本高昂但是仍然在金属双极板涂层中得到广泛应用。通过镀金涂层金属双极板在3000 h电堆实际测试分析了金涂层的电化学腐蚀情况,同时采用电化学加速测试分析了其原电池腐蚀机理。研究结果... 为了追求低接触电阻和高耐腐蚀性能,金涂层虽然成本高昂但是仍然在金属双极板涂层中得到广泛应用。通过镀金涂层金属双极板在3000 h电堆实际测试分析了金涂层的电化学腐蚀情况,同时采用电化学加速测试分析了其原电池腐蚀机理。研究结果表明,金属双极板金层在寿命测试过程中首先因为点蚀而出现轻微缺陷,钛层裸露到质子交换膜燃料电池(PEMFC)的酸性环境中而与金层形成原电池腐蚀。本研究将有助于提出缓解金涂层腐蚀失效的方案,为镀金涂层金属双极板在PEMFC上的应用提供理论指导。 展开更多
关键词 pemfc 金属双极板 金涂层 原电池腐蚀
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应变调控对PEMFC金属有机框架电极活性的影响
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作者 周梦硕 罗海洋 +1 位作者 冯振 苏光 《电池》 CAS 北大核心 2024年第3期320-324,共5页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有结构简单、能源转化率高效、产物清洁等优点,但较高的贵金属催化剂成本以及耐用性等问题阻碍了其商业化应用。采用第一性原理计算方法,构建一种氧配位的金属有机框架(MOF)模型,分别研究x方向和y方向不同... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有结构简单、能源转化率高效、产物清洁等优点,但较高的贵金属催化剂成本以及耐用性等问题阻碍了其商业化应用。采用第一性原理计算方法,构建一种氧配位的金属有机框架(MOF)模型,分别研究x方向和y方向不同应变程度对铁基MOF中心原子氧还原催化活性的影响。沿宽度y轴方向压缩应变2%到拉伸应变4%的范围内,应变对Fe-O-MOF的催化活性有较大的调节作用。沿金属原子结构长度x轴方向在压缩应变2%到拉伸应变6%的范围内,应变对Fe-O-MOF的催化活性有较大的调节作用。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 金属有机框架(MOF) 电极活性 氧还原反应(ORR) 应变调控
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Influences of Co-Flow and Counter-Flow Modes of Reactant Flow Arrangement on a PEMFC at Start-Up
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作者 Qianqian Shao Min Wang Nuo Xu 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2024年第5期1337-1356,共20页
To investigate the influences of co-flowand counter-flowmodes of reactant flowarrangement on a proton exchange membrane fuel cell(PEMFC)during start-up,unsteady physical and mathematical models fully coupling the flow... To investigate the influences of co-flowand counter-flowmodes of reactant flowarrangement on a proton exchange membrane fuel cell(PEMFC)during start-up,unsteady physical and mathematical models fully coupling the flow,heat,and electrochemical reactions in a PEMFC are established.The continuity equation and momentum equation are solved by handling pressure-velocity coupling using the SIMPLE algorithm.The electrochemical reaction rates in the catalyst layers(CLs)of the cathode and anode are calculated using the Butler-Volmer equation.The multiphase mixture model describes the multiphase transport process of gas mixtures and liquid water in the fuel cell.After validation,the influences of co-flow and counter-flow modes on the PEMFC performance are investigated,including the evolution of the current density,flow field,temperature field,and reactant concentration field during start-up,as well as the steady distribution of the current density,reactant concentration,andmembrane water content when the start-up stabilizes.Co-flow and counter-flow modes influence the current density distribution and temperature distribution.On the one hand,the co-flow mode accelerates the start-up process of the PEMFC and leads to a more evenly distributed current density than the counter-flow mode.On the other hand,the temperature difference between the inlet and outlet sections of the cell is up to 10.1℃ under the co-flow mode,much larger than the 5.0℃ observed in the counter-flow mode.Accordingly,the counter-flowmode results in a more evenly distributed temperature and a lower maximum temperature than the co-flow case.Therefore,in the flow field design of a PEMFC,the reactant flow arrangements can be considered to weigh between better heat management and higher current density distribution of the cell. 展开更多
关键词 pemfc full coupling model Butler-Volmer equation multiphase mixture model co-flow mode counter-flow mode
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PEMFC压差流道构型特征参数对电池性能的影响
5
作者 赵富强 贾彦奎 +2 位作者 赵小军 祁慧青 范晓宇 《电源学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期110-118,共9页
针对质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)压差流道构型尺寸对电池电化学性能影响机理不明的问题,研究流道高度和脊背宽度对压差流道和直流道在氧气浓度、水浓度分布特征和电流密度、功率密度、压降等方面影响... 针对质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)压差流道构型尺寸对电池电化学性能影响机理不明的问题,研究流道高度和脊背宽度对压差流道和直流道在氧气浓度、水浓度分布特征和电流密度、功率密度、压降等方面影响规律,并对两者进行了对比分析,结果表明流道高度对压差流道和直流道性能影响较小,压差流道在脊背宽度为1.25 mm和1.50 mm时具有明显优势;进一步研究压差流道变压区对流道性能的影响,结果表明变压区高度为0.05 mm和长度为1.50 mm时,压差流道峰值功率密度最高。综合考虑功率密度和压降的影响,选择压差流道高0.40 mm、宽1.25 mm、脊背宽1.25 mm、变压区长1.50 mm、高0.05 mm,此时压差流道峰值功率密度为0.3661 W/cm^(2),相较于直流道峰值功率密度提升6.3%。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 压差流道 流道高度 脊背宽度 变压区
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大功率PEMFC氢气系统建模与仿真
6
作者 陈家城 《汽车文摘》 2024年第2期56-62,共7页
针对大功率车用燃料电池发动机的氢气系统进行建模,基于MATLAB/Simulink平台搭建氢气系统核心部件模型及其控制模型,并集成氢气系统整体模型,基于该模型进行2种常见汽车行驶工况—CLTCP和NEDC工况的动态仿真,结果表明,所建控制模型能较... 针对大功率车用燃料电池发动机的氢气系统进行建模,基于MATLAB/Simulink平台搭建氢气系统核心部件模型及其控制模型,并集成氢气系统整体模型,基于该模型进行2种常见汽车行驶工况—CLTCP和NEDC工况的动态仿真,结果表明,所建控制模型能较好保证阳极入口压力满足工作压力需求,并将阴极和阳极的压差维持在0.02 MPa,2种工况的氢气利用率分别为99.67%和99.76%,表明该模型可以用于大功率车用PEMFC系统开发。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 氢气供给系统 引射器 氢气循环泵 氢气利用率
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微孔间距和孔径对PEMFC气体扩散层表面液滴流动传输特性的影响
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作者 余宾宴 马建 +2 位作者 陈轶嵩 耿莉敏 王茜 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期1025-1033,共9页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是最具潜力的新能源汽车动力装置之一,其性能受到气体扩散层(GDL)表面液滴的形成及动态传输特性的影响。本文以格子Boltzmann方法(LBM)的伪势模型为基础,对液滴从GDL表面浮现、生长和脱落等动态过程进... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是最具潜力的新能源汽车动力装置之一,其性能受到气体扩散层(GDL)表面液滴的形成及动态传输特性的影响。本文以格子Boltzmann方法(LBM)的伪势模型为基础,对液滴从GDL表面浮现、生长和脱落等动态过程进行了仿真模拟,详细分析了微孔间距和孔径对气体扩散层表面液滴动态特性以及流道内压降的影响。研究结果表明在双进水孔的情况下,两个微孔小于某一个微孔间距时,两个液滴会发生融合,融合后的液滴会增大气流通道内的压降,缩短液滴排出的时间,当两个微孔孔距足够大时,两个液滴之间几乎没有相互影响,液滴排除时间相等,且流道内压降随着微孔间距的增加而降低。不同孔径的液滴在GDL表面的运动主要受气体作用剪切力的影响,与下游孔径大于上游孔径液滴的运动周期相比,上游孔径比下游孔径大时,液滴的运动周期更短。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 气体扩散层 格子BOLTZMANN方法 伪势模型
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考虑运行参数可寻优范围的PEMFC系统净功率优化
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作者 徐寅嵩 李文浩 +1 位作者 杜常清 颜伏伍 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期1137-1146,1176,共11页
质子交换膜燃料电池电堆的运行参数对电堆输出性能和空压机、循环水泵和散热风扇等辅助设备的寄生功率都会产生影响,可通过对电堆运行参数进行优化来实现系统最大净功率输出目标。实际系统受到空压机性能和背压阀调节能力的限制,阴极运... 质子交换膜燃料电池电堆的运行参数对电堆输出性能和空压机、循环水泵和散热风扇等辅助设备的寄生功率都会产生影响,可通过对电堆运行参数进行优化来实现系统最大净功率输出目标。实际系统受到空压机性能和背压阀调节能力的限制,阴极运行参数的调节范围存在界限,本文基于MATLAB/Simulink软件建立62 kW燃料电池系统模型,通过仿真分析确定了各负载电流下的参数可优化范围,采用遗传算法对电堆温度、阴极压力和过氧比进行了优化。结果表明:在各负载电流下,提升电堆温度都有利于增加系统净功率,最优运行温度均为80℃。而过氧比和阴极压力在不同的负载电流下的优化方向是不同的;在低负载电流(50、100 A)下增加过氧比和阴极压力时,电堆输出功率的增长小于寄生功率,提供较低的过氧比和阴极压力有利于提升系统净功率;高负载电流(300A)下,低过氧比和阴极压力会限制电堆输出功率,最低净功率仅为35.530 kW;合理增加过氧比和阴极压力后,获得的最优净功率为53.271 kW,通过运行参数优化可实现49.9%的净功率提升。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 运行参数优化 系统净功率 遗传算法
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基于P-L双重特征提取的PEMFC系统故障诊断方法
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作者 贺飞 张雪霞 陈维荣 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期492-499,共8页
针对质子交换膜燃料电池系统故障诊断问题,提出基于P-L双重特征提取的故障诊断方法。使用P-L双重特征提取对预处理后的样本数据进行特征提取,通过冗余变量剔除与二次特征提取,最大程度保留分类特征并有效降低样本数据维度。利用二叉树... 针对质子交换膜燃料电池系统故障诊断问题,提出基于P-L双重特征提取的故障诊断方法。使用P-L双重特征提取对预处理后的样本数据进行特征提取,通过冗余变量剔除与二次特征提取,最大程度保留分类特征并有效降低样本数据维度。利用二叉树多类支持向量机与极限学习机对二维故障特征向量进行分类实现故障诊断。通过实例验证,对比线性判别分析的特征提取效果,P-L双重特征提取可使相同分类器测试集诊断准确率提高21.19%,诊断准确率达99.27%,实现了PEMFC系统膜干、氢气供应故障的精准快速诊断。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 故障检测 数据挖掘 P-L双重特征提取 支持向量机 极限学习机
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工作电压对PEMFC膜电极衰退影响模拟研究
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作者 谭耀文 姜攀星 +3 位作者 杜青 余婉秋 温小飞 詹志刚 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期974-986,共13页
为研究长期稳定运行条件下,工作电压对质子交换膜燃料电池膜电极衰退状况的影响,建立了包含碳腐蚀、Pt氧化与溶解以及离聚物降解的PEMFC多物理场耦合模型进行数值模拟。研究结果表明:随着工作电压增加,阴极催化层中Pt溶解与碳腐蚀速率加... 为研究长期稳定运行条件下,工作电压对质子交换膜燃料电池膜电极衰退状况的影响,建立了包含碳腐蚀、Pt氧化与溶解以及离聚物降解的PEMFC多物理场耦合模型进行数值模拟。研究结果表明:随着工作电压增加,阴极催化层中Pt溶解与碳腐蚀速率加快,500 h后Pt表面氧化的区域大幅增加,阴极催化层中团聚体半径与质子交换膜中磺酸基团浓度剧烈减小,衰退区域主要集中在阴极入口处且高电压下衰退程度急剧增加。电池在0.8 V下运行500 h后,阴极入口处阴极催化层与膜厚度显著减小,分别降低13.62%与35.30%;阴极催化层电化学活性面积和膜的离子电导率分别减小59.9%与6.9%,膜的当量质量增加7.4%,且上述指标前100 h内衰退剧烈,随后逐渐趋于平缓。可为膜电极材料设计与控制策略的优化提供参考。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 膜电极 工作电压 计算流体力学 衰退 模拟
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PEMFC冷启动过程阻抗谱及特征频率分析
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作者 陶阿邦 陶建建 魏学哲 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期269-280,共12页
为优化质子交换膜燃料电池(PEMFC)冷启动过程,提供足量的反馈数据十分必要,常见的阻抗谱和等效电路因其获取周期较长,无法提供足量且实时的反馈。为此,本文在COMSOL中建立冷启动阻抗模型,结合试验分析其阻抗谱变化,分别在高、中、低频... 为优化质子交换膜燃料电池(PEMFC)冷启动过程,提供足量的反馈数据十分必要,常见的阻抗谱和等效电路因其获取周期较长,无法提供足量且实时的反馈。为此,本文在COMSOL中建立冷启动阻抗模型,结合试验分析其阻抗谱变化,分别在高、中、低频区间提出特征频率1 kHz、50 Hz和1 Hz用于表征燃料电池冷启动过程。研究发现,上述特征频率在冷启动的前、中、后3个阶段变化显著,在特征频率1 kHz、50 Hz和1 Hz下阻抗的变化倍率分别为0.38、0.31和1.47。相较于获取完整的阻抗谱和拟合等效电路,在保留了特征信息的情况下提高了采集数据的实时性。因此,可利用特征频率点的阻抗表征冷启动过程,为实时监测冷启动内部状态提供条件。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 阻抗谱 冷启动 解析阻抗模型 等效电路模型
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基于SSA-GRU大功率多状态PEMFC寿命预测
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作者 张宸铭 张达 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第7期2796-2803,共8页
提出了一种用于最大额定功率为110 kW的质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)剩余使用寿命的麻雀搜索算法优化门控循环单元的方法,进行了超过600 h的动态循环耐久试验,以模拟不同路况下车载PEMFC的工作情况... 提出了一种用于最大额定功率为110 kW的质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)剩余使用寿命的麻雀搜索算法优化门控循环单元的方法,进行了超过600 h的动态循环耐久试验,以模拟不同路况下车载PEMFC的工作情况。为准确预测大功率PEMFC的剩余使用寿命,需考虑其在不同工作状态下输出电压,将输出电压根据不同功率点进行分类预测。将采样数组经过滤波处理,减少峰值,平滑降噪,然后基于数据驱动的方法以各工作状态下电压数据以及不同的训练集划分作为输入,并预测结果通过选取的评价指标与不同的常见时序回归算法证实此模型的准确性。以数据的60%作为训练集为例,麻雀搜索优化门控循环单元(sparrow search algorithm-gate recurrent unit, SSA-GRU)的预测结果对比时间卷积网络(temporal convolutional network, TCN)其平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error, MAPE)在30、50、70、90、110 kW分别降低了0.110 5%、0.525 7%、0.308 4%、0.402 1%和0.831 9%。在规定的寿命截止时间点下,使用寿命预测误差最小仅为0.733%,且不同工作状态下的预测误差都优于其他预测算法。 展开更多
关键词 氢燃料电池 寿命预测 门控循环单元 麻雀搜索算法
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PEMFC启停工况下的阳极氢空混合区域分析
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作者 时贞勃 涂重阳 +1 位作者 谭金婷 潘牧 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第6期1018-1024,共7页
质子交换膜燃料电池在启停工况下,一般认为,阳极流道中形成氢空界面,产生阴极高电位,导致阴极材料发生电化学腐蚀。实际上,氢气与空气接触时会发生对流与扩散,阳极流道中将形成氢空混合区域。通过推导氢空混合区域的运动学模型与电解质... 质子交换膜燃料电池在启停工况下,一般认为,阳极流道中形成氢空界面,产生阴极高电位,导致阴极材料发生电化学腐蚀。实际上,氢气与空气接触时会发生对流与扩散,阳极流道中将形成氢空混合区域。通过推导氢空混合区域的运动学模型与电解质电势分布数学模型,进行氢空混合区域范围、时间及电解质电势数值计算。结果表明,氢空混合区域导致的阴极高电位持续时间远超氢空界面存在时间;对应的电解质电势为-0.304~-0.260 V;氢空混合区域的分布范围与持续时间受入口气体流速及流道当量直径影响;当量直径每增加0.1 mm,混合区域最大值将增加4 mm,整体阴极高电位的持续时间将延长1.25%。以上结果为阳极流场的设计和启停工况下的控制策略提供了理论依据。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 氢空混合区域 启停工况 电解质电势
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基于IECSDE算法的PEMFC改进分数阶子空间辨识模型
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作者 秦灏 戚志东 +1 位作者 于灵芝 童新 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期346-357,共12页
为准确描述质子交换膜燃料电池(PEMFC)在其发电过程中的特性及变量影响关系,提出一种基于信息交流布谷鸟搜索差分进化(IECSDE)算法的改进分数阶子空间辨识方法来建立PEMFC分数阶模型。首先基于状态空间方程建立PEMFC模型,为了描述PEMFC... 为准确描述质子交换膜燃料电池(PEMFC)在其发电过程中的特性及变量影响关系,提出一种基于信息交流布谷鸟搜索差分进化(IECSDE)算法的改进分数阶子空间辨识方法来建立PEMFC分数阶模型。首先基于状态空间方程建立PEMFC模型,为了描述PEMFC的分数阶特性,将分数阶微分理论融入到模型中,引入Poisson滤波函数预处理实验数据,解决数据多阶不可导的问题,同时引入变步长记忆法处理分数阶微分时的权系数,提高子空间辨识精度。其次在辨识过程中的参数对于建模效果具有重大影响,因此基于IECSDE算法并对其进行优化,对布谷鸟搜索(CS)算法中的控制参数进行自适应处理,受到粒子群优化(PSO)算法的启发,改进随机游走方式提高收敛精度和速度,并引入差分进化(DE)算法与改进CS算法分别对种群进行优化,同时在寻优过程中进行信息交流提高种群的多样性和算法的鲁棒性。仿真结果表明,IECSDE算法的寻优能力在8种测试函数下比其他5种优化算法至少提升了10倍;通过对PEMFC测控平台收集到的实验数据进行模型辨识,所建立的模型将误差缩小到基于短记忆法的分数阶子空间辨识方法误差的20%,输出功率误差控制在0~0.1之间,输出电压误差控制在0~0.2之间,能够精准地模拟PEMFC发电过程。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 分数阶子空间辨识 变步长记忆法 优化算法 信息交流
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大功率PEMFC电堆维修后活化工艺研究
15
作者 裴冯来 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第5期916-921,共6页
大功率质子交换膜燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cell,PEMFC)的膜电极(membrane electrode assembly,MEA)对电堆性能有着重要影响。为了探讨大功率PEMFC电堆维修后的活化工艺及典型问题,综述了电堆的不同的MEA活化工艺,... 大功率质子交换膜燃料电池(polymer electrolyte membrane fuel cell,PEMFC)的膜电极(membrane electrode assembly,MEA)对电堆性能有着重要影响。为了探讨大功率PEMFC电堆维修后的活化工艺及典型问题,综述了电堆的不同的MEA活化工艺,提出了电堆维修后的恒流自然活化、恒流强制活化和变流强制活化工艺,对电堆维修后的不同活化工艺进行了对比和分析。研究结果表明,将更换的MEA放置在电堆配气头侧,并采用变流强制活化可以快速活化电堆并提高性能。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 膜电极 电堆维修 活化工艺
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金字塔状挡板影响PEMFC性能研究
16
作者 王耀琛 任洪娟 《上海工程技术大学学报》 CAS 2024年第1期30-37,共8页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)流道结构主要影响气体流动、扩散和电化学反应。通过建立金字塔状流道挡板的PEMFC三维模型并进行数值模拟,探讨不同金字塔状挡板比率和挡板数量对燃料电池传质特性和输出性能的影响。结果表明:在流道内增添金... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)流道结构主要影响气体流动、扩散和电化学反应。通过建立金字塔状流道挡板的PEMFC三维模型并进行数值模拟,探讨不同金字塔状挡板比率和挡板数量对燃料电池传质特性和输出性能的影响。结果表明:在流道内增添金字塔状挡板与无挡板流道相比,最大可提高气体垂直速度分量93.7%,进而提升气体由流道向催化层的传输性能;在金字塔状挡板比率为0.25,挡板数量为1时,燃料电池净功率最高可达到0.107 W。此外,增大挡板比率和增多挡板数量均可持续提高传质性能,但流道压降同时也会有最大18.5%的上升,使得PEMFC输出性能下降。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 金字塔状挡板 质量传递 压降 净功率
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相对湿度对PEMFC加载过程中动态响应的影响分析 被引量:2
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作者 刘永峰 张璐 +2 位作者 裴普成 刘鑫桐 禹永帅 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期89-97,共9页
为研究电流阶跃变化过程中相对湿度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态性能的影响,提出动态传热(DHT)数值模型。该模型考虑了相对湿度和阶跃电流对输出电压的影响,揭示出电流阶跃变化条件下相对湿度对质子交换膜(PEM)内水含量和电流密度... 为研究电流阶跃变化过程中相对湿度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)动态性能的影响,提出动态传热(DHT)数值模型。该模型考虑了相对湿度和阶跃电流对输出电压的影响,揭示出电流阶跃变化条件下相对湿度对质子交换膜(PEM)内水含量和电流密度分布的响应规律。通过自定义函数(UDF)将DHT模型导入Fluent软件并应用有限体积法进行计算;对工作温度60℃、负载电流的加载幅值5 A、阴极相对湿度100%、阳极相对湿度50%和100%条件下的PEMFC动态响应性能进行了评价;并将通过DHT模型得到的极化曲线和输出电压响应结果与实验数据进行了比较。结果表明:当阴极相对湿度为100%,阳极相对湿度100%的输出电压及最大功率密度优于50%相对湿度;阳极相对湿度为100%时,DHT模型与实验所得极化曲线间误差为2.18%;电流密度的分布与PEM膜内水含量和阳极侧气体加湿程度有关,阳极侧相对湿度提高,跨膜的电流密度分布均匀性下降;当阳极侧相对湿度为50%、100%时,加载前后膜内水含量分布的极差值分别为2.9和3.1 kmol/m^(3)、3和4.2 kmol/m^(3)。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 动态传热(DHT) 动态响应 相对湿度 电流密度分布
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用于PEMFC的气体扩散层开发应用研究
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作者 钟振忠 刘敬祺 《电工技术》 2024年第7期35-39,共5页
燃料电池研发必须考虑温度、湿度及启动等因素。研究了一种基于疏水梯度易于操作在低湿环境的气体扩散层材料,结果表明制备的多层微孔层厚度在260~270μm,气体渗透约为145 s。经电池极化测试,样品可在50%相对湿度环境使电池维持在477 mW... 燃料电池研发必须考虑温度、湿度及启动等因素。研究了一种基于疏水梯度易于操作在低湿环境的气体扩散层材料,结果表明制备的多层微孔层厚度在260~270μm,气体渗透约为145 s。经电池极化测试,样品可在50%相对湿度环境使电池维持在477 mW/cm^(2)的功率输出,相比100%的湿度环境仅衰减23%;利用SiO_(2)的亲水性,添加5%wt SiO_(2)可进一步拓展电池湿度应用范围,使应用于40%相对湿度极端低湿环境的电池具有428 mW/cm 2的功率输出,相比100%的湿度环境仅衰减25%。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 多层微孔层 SiO_(2) 相对湿度
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PEMFC新型压差流道传质与电化学性能研究
19
作者 赵富强 祁慧青 +2 位作者 范晓宇 贾彦奎 张晓东 《电源学报》 CSCD 北大核心 2023年第4期148-158,共11页
双极板是质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)核心组件,极板的流道形状和尺寸直接影响反应气体的利用率以及电池的排水、散热性能。基于极板工作原理提出一种新型PEMFC压差流道构型,研究流道内阴极氧气浓度、... 双极板是质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)核心组件,极板的流道形状和尺寸直接影响反应气体的利用率以及电池的排水、散热性能。基于极板工作原理提出一种新型PEMFC压差流道构型,研究流道内阴极氧气浓度、水浓度分布、进出口压降、流速的变化,分析电流密度和极化曲线对燃料电池电化学性能的影响;在50%开孔率时,通过对比8组低压直流道和高压直流道的宽度同时增大的仿真结果发现,低压直流道和高压直流道宽度均由2.25 mm减小到0.5 mm时,功率密度峰值提高了31.9%。进一步探究压差流道中增大或保持一种流道宽度不变而改变另一种流道宽度对燃料电池电化学性能的影响,结果表明低压直流道和高压直流道宽度均为1 mm时,功率密度峰值最高可达0.39 W/cm~2。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(pemfc) 压差流道 流道宽度 功率密度
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PEMFC抗氧化催化剂载体MCNTs-SH的研究
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作者 张恩道 宋微 +1 位作者 俞红梅 邵志刚 《电源技术》 CAS 北大核心 2023年第2期234-239,共6页
硫和多壁碳纳米管(MCNTs)在高温无氧条件下直接反应,在MCNTs上引入巯基基团制得巯基碳纳米管载体(MCNTs-SH)。将XC-72、MCNTs和MCNTs-SH三种载体及其制得的催化剂分别进行氧化性测试和抗反极测试。实验结果表明:相比于XC-72和MCNTs,MCNT... 硫和多壁碳纳米管(MCNTs)在高温无氧条件下直接反应,在MCNTs上引入巯基基团制得巯基碳纳米管载体(MCNTs-SH)。将XC-72、MCNTs和MCNTs-SH三种载体及其制得的催化剂分别进行氧化性测试和抗反极测试。实验结果表明:相比于XC-72和MCNTs,MCNTs-SH在高电势下具有最小的腐蚀电流;相比于Pt/XC-72和Pt/MCNTs,Pt/MCNTs-SH在半电池ADT测试和恒电势氧化测试前后的ECSA衰减程度最小;在分别采用三种催化剂作为阳极的膜电极中,Pt/MCNTs-SH在1000 mA/cm2处的电压在抗反极测试前后的性能衰减程度最小。该研究结果对于PEMFC的抗氧化催化剂载体的开发具有重要意义。 展开更多
关键词 pemfc MCNTs 巯基化 抗氧化 反极
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