窄脊型波导半导体激光器偏振与横模关系研究

基于有效折射率法建立了窄脊型波导数值计算模型,通过实验研究了InGaAs量子阱窄脊型波导半导体激光器偏振特性与横模之间的关系。根据理论计算,脊型波导中类TM模式在慢轴方向的有效折射率差更大,类TM模式的限制因子比类TE模式的限制因子更大、更容易出现慢轴高阶模式;而随着脊型波导的高度增加,快轴高阶模式被截断,类TE00模式的限制因子逐渐增加至与类TM00模式相近,慢轴高阶模式因其大的散射损耗被抑制,理论上可实现高偏振度、高光束质量激光输出。在实验方面,利用量子阱材料的增益偏振特性,通过脊型高度与宽度的设计,制备了高偏振度、基横模的窄脊型波导半导体激光器。

不同温湿度对质子交换膜燃料电池性能的影响

为研究不同温湿度对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)性能的影响,提出了一个温湿度-电流(temperature and relative humidity-current,TRH-C)模型。该模型纳入阴阳极流道的水流量和膜水含量,揭示了电流阶跃变化条件下温湿度对电流密度分布和膜水含量分布的影响规律。根据实验单电池真实的流道构型,建立了简化的PEMFC几何模型并划分计算网格,将TRH-C模型耦合至多物理场计算软件COMSOL中;建立了PEMFC测试平台,对不同温湿度工况下的PEMFC进行了测试,PEMFC的运行温度为65℃和70℃、进气湿度为50%和75%;分析讨论了不同工况下的极化曲线、膜电流密度分布和膜水含量分布云图。研究结果显示:TRH-C模型对PEMFC输出性能的预测较为精准,其对电压和功率密度的相对误差在运行温度为70℃、进气湿度为50%、电流密度为0.018 A/cm2时最大,最大值分别为7.306%和8.837%;提升运行温度和进气湿度均有助于改善PEMFC的性能,运行温度升高,膜电流密度分布均匀性波动较小,膜水含量有轻微降低;进气湿度升高,膜电流密度分布更均匀,膜水含量升高。研究为优化进气策略控制以及提高输出性能提供了新的理论方法。

632.8-nm visible region waveguide polarizer fabricated by proton exchange

Optical waveguide polarizer at 632.8 nm was fabricated for the first time using proton exchange Ti:LiNbO3.The setup measuring the characteristic parameters of the polarizer was given.The extinction ratio of the polarizer was theoretically analyzed and calculated by means of physical optics and dispersion theory for waveguide.Various factors affecting the device performance are analyzed.Theoretical calculations are in good agreement with the experimental results.

基于极化曲线半经验模型的传质特性研究

为了研究质子交换膜燃料电池的传质特性,提出了一种极化曲线半经验模型,通过实测值与拟合值的对比确定了模型中的参数c,并验证了模型的相关系数R^(2)为0.99958,最后应用模型拟合出极限电流密度用于研究质子交换膜燃料电池传质特性。

基于搜寻者优化算法的质子交换膜燃料电池模型优化

搜寻者优化算法(seeker optimization algorithm,SOA)是模拟人的随机搜索行为的一种应用于连续空间的群体智能优化算法。根据质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuelcell,PEMFC)极化曲线模型的建模原理,采用SOA算法对该模型的参数进行优化,用以得到一组模型的最优参数。通过仿真结果与实验结果的对比分析,证明SOA算法能够使仿真结果和实验测试数据之间达到很高的拟合精度,对于优化PEMFC的极化曲线模型参数具有明显的优越性。因此,SOA算法对于改善PEMFC极化曲线模型的性能将起到重要的作用,并有望成为模型优化领域的一种新的有效工具。

不同衰退机理对PEMFC怠速工况性能衰退影响的模拟研究

分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)怠速工况衰退机理,确定怠速工况不同衰退机理对燃料电池模型参数的影响,采用所建立的PEMFC二维等温多物理场模型,仿真研究燃料电池在怠速工况衰退前后的性能及各种衰退因素对电压衰减量的贡献和内部反应气体分布变化。研究结果表明,阴极活化损失增大是怠速工况下最重要的衰退因素,其次是开路电压衰退,影响最小的是阴极电化学活性面积衰退;在相同操作条件下,衰退后燃料电池的最低氧气摩尔浓度和最低氢气摩尔浓度上升,电流密度分布不均匀现象加剧。

质子交换膜燃料电池冷启动模型研究

分析了质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)冷启动过程,在集总参数经验模型的基础上,选取恰当的数学原型对其改进,提出一种新的PEMFC冷启动过程电气特性动态模型以及一种用以描述单池滞后时长与电池特定参数之间关系的定性函数,指出了造成PEMFC系统是滞后系统的原因;利用MATLAB/Simulink对所提出的模型进行仿真;结合实验验证结果,提出一种用以解释实验中出现单池"反极"现象的新观点。

商业尺寸质子交换膜燃料电池性能实验研究

实验测试了不同电池操作温度和反应气加湿温度下,反应面积为256 cm2商用质子交换膜燃料电池的性能,通过对极化曲线的测量,重点分析了操作温度与加湿温度对不同厚度质子膜含水量及电池阴极水泛滥的影响.结果表明,质子膜含水量及阴极液态水移除主要取决于加湿温度和操作温度的最佳匹配.当操作温度低于加湿温度时,电池性能随操作温度升高而提高;反之,电池性能随操作温度升高而下降.在相同电池温度和加湿温度下,Core 57电池性能优于Core 5621,因为较薄的Core 57更容易保持膜的含水量.低操作温度下,较薄的Core 57电池阳极或阴极仅需一侧加湿即可维持膜的含水量,因此一侧加湿时的电池性能优于两侧加湿时的.而对于较厚的Core 5621,无论操作温度高低,阴阳极两侧需同时加湿才能保证膜的含水量;因此,对于采用较厚质子膜的商用燃料电池,操作时必须保证阴阳极同时加湿.

高芯片偏振消光比铌酸锂多功能集成光学器件

分析了铌酸锂多功能集成光学器件的偏振消光机理,设计和制作了高芯片偏振消光比的铌酸锂多功能集成光学器件。器件采用切断部分输入直波导后在切断端面选择性镀阻光膜的结构以截断射入衬底的辐射光,与芯片耦合后实现了高于85dB的芯片偏振消光比。制作的器件插入损耗小于3.5dB,分光比为48/52~52/48,半波电压Vπ小于3.5V,尾纤偏振串音小于-33dB;在-55^+85℃全温范围内,损耗变化量小于0.2dB,分光比变化小于1%,尾纤偏振串音小于-27dB,能够满足工程化应用需要。

PEM燃料电池的伏安特性及其影响因素

目的研究质子交换膜(PEM)燃料电池的操作参数的影响,提高PEM燃料电池的性能和稳定性,降低PEM燃料电池成本,促进其实用化.方法运用燃料电池测试站对有效面积为4 cm×4 cm的PEM燃料电池单体的性能和功率密度进行了实验测试.分析了电池加热温度,氢气和空气的加湿温度对PEM燃料电池性能和功率密度的影响.结果加湿温度低于电池温度时,升高加湿温度,电池性能得到改善;加湿温度高于电池温度时,高电流密度下升高加湿温度,电池性能降低;电池温度低于加湿温度时,升高电池温度,电池性能提高;电池温度高于加湿温度时,升高电池温度,电池性能降低.结论加湿温度和电池温度都为70℃时,电池的性能最优;因此实验结果对PEM燃料电池性能的优化具有重要意义.

基于三波导定向耦合器的紧凑型偏振分束器的设计

为了提高偏振分束器的消光比,利用混合等离子体波导和条形介质波导之间的非对称定向耦合特性,设计了由两个尺寸不同的硅波导和一个中间输入混合等离子体波导组成的偏振分束器,采用三维时域有限差分法对偏振分束器的结构和性能进行优化。实验结果表明:混合等离子体波导中TE和TM模式的双折射率对比通过介质加载波导增强,可获得超紧凑的结构,实验耦合长度仅有4.6μm;在1.55μm的中心波长处,TE模式的偏振消光比为-38.9 dB,插入损耗为0.5 dB,TM模式的消光比为-34.7 dB,插入损耗为0.45 dB,设计的偏振分束器具有高消光比;在波导制作公差范围内,模式的插入损耗小于2.8 dB,消光比低于-22.5 dB。

直接甲醇燃料电池的单电池实验测试及性能优化

以新型阻醇材料Na2Ti3O7/Nafion复合膜为质子交换膜,利用热压法制备膜电极(MEA),对直接甲醇单电池进行测试.考察了电池温度、阴极加湿温度、甲醇浓度、甲醇流速和空气流速5个参数对直接甲醇燃料电池极化曲线性能的影响.实验结果表明,电池温度对电池性能的影响较为明显,提高电池温度有利于得到较好的电池性能.甲醇浓度对电池性能影响也比较明显,较低甲醇浓度有利于提高电池性能.甲醇流速和空气流速对电池性能的影响较小,阴极加湿温度对电池性能几乎没有影响.通过分析优化,该直接甲醇燃料电池的电池性能最佳工作条件是在80℃情况下,低电流密度工作区采用较低浓度甲醇溶液,高电流密度工作区采用高浓度甲醇溶液.

两种不同质子交换膜燃料电池性能试验与分析

利用自主开发的100 kW级燃料电池测试平台,对2款车用质子交换膜燃料电池的极化特性曲线、电流密度以及单电池一致性等性能进行了测试,提出了一种评价单电池一致性的方法.研究结果表明,2款质子交换膜燃料电池发动机在上述性能指标上有较大差异;在车载使用条件下,工作压力较高的燃料电池具有更好的环境适应性.

铜离子对PE MFC膜电极性能影响及恢复方法

为了研究铜离子对质子交换膜燃料电池膜电极组件性能的影响并提出相应的恢复方法,采用X射线衍射分析法检测了金属极板腐蚀后附着在膜电极表面的污染物成分,并采用稀H2SO4溶液沸腾的方法去除污染物并恢复膜电极性能.结果表明,金属极板的防腐层存在缺陷时,极板在缺陷处被腐蚀,并且金属离子严重影响膜电极的性能.采用c=0.2 mol/L的稀H2SO4沸腾的方法能去除膜电极表面的金属离子并恢复其性能.对于热压三合一的膜电极组件,采用稀硫酸沸腾的方法会破坏碳纸的疏水性,不如分体式膜电极的恢复效果好.

质子交换膜燃料电池的热源分析

根据伏安曲线分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电极热源项和能量损耗比例。研究了PEMFC的电极过程特性以及对电池能量转化效率和热源的影响。在标准状态下,电池以0.60 V的电压工作时,实际能量效率为40.5%。

反应气体流量和背压对PEM燃料电池性能的影响

目的优化质子交换膜(PEM)燃料电池的操作参数,提高PEM燃料电池的性能和稳定性,降低成本.方法运用燃料电池测试站对有效面积为16 cm2的PEM燃料电池单体的伏安特性和功率密度进行了实验,分析了空气流量、氢气流量和背压对PEM燃料电池性能和功率密度的影响.结果试验结果发现:增大空气流量,燃料电池的性能可以持续提高;增大氢气的流量,电池性能先提高,但流量达到一定值后,性能几乎不变;增大电池背压,电池性能提高.结论电极的淹没现象主要存在于PEM燃料电池的阴极;实验条件下,氢气流量存在最佳值.

PEMFC发电系统稳态电压模型研究

从电化学的角度分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的极化特性,在此基础上针对其主要工作区在欧姆极化段的特点,通过测算出不同温度、操作压力条件下的等效热力学电动势与电池堆内阻,建立了一个简单实用的稳态电压模型。最后通过对一个500 W的PEMFC发电系统的稳态负载实验,验证了模型的建立是可行和合理的。

基于S-Function的PEM燃料电池建模仿真分析

采用MATLAB/Simulink中的S函数模块,基于质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)电化学特性进行仿真建模。该方法与传统建模相较,优点在于用代码方式表达,方便工程师根据自己的需要加以剪裁,集成度高,通用性强,仿真程序编写简单。通过S函数建立的电化学模型,可研究环境变量以及参变量对电堆动态输出性能与非线性内阻(极化电压)产生的影响。精准的PEMFC仿真模型在电堆的输入参数出现阶跃变化时,能及时地体现出电堆电压、输出功率、极化曲线等的动态响应,有助于控制系统的研发。仿真分析表明,仿真结果与实验数据完全吻合,验证了S函数模型的有效性和准确性,此建模方式可推广至PEMFC辅助系统与整车控制系统。

降低直接甲醇燃料电池浓差极化的含磺化碳管阻水夹层的构建

采用直接接枝法,将来自对氨基苯磺酸的苯磺酸官能团引入氧化多壁碳纳米管,制得磺化多壁碳纳米管(SO_(3)-MCNT).再以SO_(3)-MCNT为填料,以Nafion离聚物为黏结剂,利用超声喷涂在商业N212质子交换膜一侧构建了新的膜层,获得了一种复合膜(SO_(3)-MCNT-N212).使用SO_(3)-MCNT-N212制备燃料电池膜电极(MEA),并用于直接甲醇燃料电池(DMFC)测试.与使用普通N212膜的膜电极相比,该膜电极的性能得到明显提升.进一步分析表明,SO_(3)-MCNT膜层的引入降低了阳极向阴极的跨膜水迁移作用,缓解了阴极的水淹,从而降低了浓差极化,提升了膜电极的性能.

用于高温质子交换膜燃料电池研究的实验平台(英文)

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。