氢氧燃料电池电极中液态水的脱离时间研究

水下潜航器用燃料电池的关键问题是水管理.利用液滴的重力来克服黏滞力可有效地实现液滴的自脱离,缓解燃料电池水淹机率.文中通过建立液态水在电极内的传输、涨大,以及脱离模型,研究不同的电极参数对液滴排出时间的影响.结果表明,液滴在电极内的主要停留时间是涨大过程,电极表面液滴的疏水角度越大,临界半径越小,液滴成长的时间也就越长.

基于TCO分析氢气价格对燃料电池重卡经济性的影响

燃料电池是重卡新能源化重要的技术路线。文章建立含购置成本、使用成本、维护成本、车辆残值和环境成本在内的全生命周期使用成本(TCO)模型,量化对比内燃机、纯电和燃料电池3种不同动力形式18 t重卡的经济性,重点分析氢气价格对燃料电池车型经济性应用的影响,充分讨论18 t燃料电池重卡具备经济性的氢气临界价格。同时考虑未来发展趋势,进一步分析2025年及2030年不同技术未来的潜在应用前景。

304不锈钢薄板激光焊接工艺研究

采用光纤激光器对1 mm厚的304不锈钢薄板进行焊接,分析了不同的激光焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律,并利用光学显微镜、电子背散射衍射仪及万能材料试验机等设备对焊缝的显微组织、生长取向、力学性能进行分析和评定。结果表明,焊接速度、激光功率、光束离焦量均对1 mm厚304不锈钢薄板的焊缝成形产生明显影响,采用高的焊接速度、较大的光束离焦量和适中的激光功率有利于得到较好的焊缝成形,最终优化的激光功率为100 W,焊接速度为6 m/min,光束离焦量为±10 mm。焊缝沿着<100>方向呈现柱状生长,主要由奥氏体γ和未完全转化的δ铁素体组成。离焦量为10、-10 mm时,接头具有较高的抗拉强度和伸长率,断裂位置在母材。

基于强化学习和路况信息的燃料电池汽车能量管理策略

为提升整车经济性和耐久性,提出了一种基于强化学习和路况信息的燃料电池汽车能量管理策略。首先,根据关键部件参数搭建了动力系统模型,并根据城市道路工况特征在VISSIM软件中搭建交通模型并提取了车辆行驶数据及路况数据。其次,将路况数据作为输入,利用长短期记忆神经网络对车速进行预测。最后,基于强化学习算法,将预测车速、加速度以及动力电池荷电状态作为输入,燃料电池系统功率作为输出进行能量管理策略的设计。仿真结果表明,所提策略的百公里氢耗量与动态规划策略相比仅相差1.27%,且燃料电池系统的平均功率波动降低了5.01%,因此可有效提升整车的经济性和耐久性。

质子交换膜燃料电池冷启动时阴极催化层内多场耦合的介孔尺度模型

为详细解析质子交换膜燃料电池(PEMFC)零下温度启动过程,建立了电池冷启动时多场耦合过程的介孔尺度数值模型。几何模型基于随机网格法(SGM)重建的催化层介孔结构,数学模型描述了物质传输、电荷传输、电化学反应和汽-冰相变过程。数值分析了电池冷启动过程中催化层内冰的生成和演化,重点探讨了冰的生成及形貌对电池性能的影响,推导出电化学活性反应面积与结冰量的关系式。

质子交换膜燃料电池膜电极制备方法的研究进展

燃料电池技术作为一种绿色能源技术,在减少能源消耗、环境污染等方面具有巨大潜力。膜电极(MEA)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件,MEA中电化学反应的顺利进行需要各功能层的协调配合,MEA各功能层涉及的传质、导电、导质子、催化等方面均影响燃料电池的性能。根据制备方法,可以将MEA分为催化剂涂敷基底(CCS)型MEA、催化剂涂敷膜(CCM)型MEA、有序化MEA和一体化MEA。MEA的性能不仅由催化剂本身载量决定,也受其结构设计和制备工艺的影响。本文介绍了MEA制备过程中常见的改进方法,分别从催化剂喷涂、刮涂、模槽挤出涂覆方式,催化剂浆料组成中Nafion含量和溶剂极性选择,催化层梯度化、图案化及界面结构改进,PEM结构增强、图案化、成膜方式等方面的研究进展进行讨论。但是目前对于MEA各功能层界面间的研究较少,应该注意的是催化层/质子交换膜(PEM)界面以及催化层/气体扩散层(GDL)界面设计也将直接影响MEA的性能。

超薄钛合金激光叠焊焊接特性

文中针对超薄工业纯钛合金激光叠焊工艺进行了探索。采用0.1 mm厚的超薄TA1钛合金板材开展激光焊接工艺试验,分析了TA1金属板激光叠焊焊缝成形缺陷及内部气孔缺陷的形成原因和抑制措施,从离焦量及焊接热输入等方面对工艺参数与焊缝成形的关系进行了研究,最后利用拉伸试验的方式进行焊缝力学性能测试。试验结果表明,通过合理的选择焊接工艺参数可以避免焊穿等缺陷,气孔缺陷主要分布于熔合面两端。随着焊接热输入的增加及离焦量的降低,焊缝逐渐由圆弧形向V形转变进而向X形转变,熔合面宽度逐渐增加。TA1在激光焊接后可以达到燃料电池双极板对母材最低抗拉强度的要求,为TA1钛合金在燃料电池行业的使用提供了依据。

PtCo纳米晶的溶剂热法制备、表征及电催化性能研究

采用溶剂热法以不同加热时间制备PtCo纳米晶,研究晶粒的生长过程及电催化性能。随着制备加热时间的延长,透射电镜(TEM)表征显示,纳米晶从球形变为八面体,粒径逐渐增大,晶面间距减小;结合能谱分析的结果,表明更多的钴被还原进入纳米晶粒内。对PtCo纳米晶制备的电极进行电化学分析,随着制备加热时间延长,循环伏安(CV)曲线显示氢脱附峰面积先增大后减小,线性扫描伏安法(LSV)表明,氧还原电催化活性先变大后减小。加热12 h制备的纳米晶制备的电极电催化活性(358 mA/mgPt)最佳,约为商用Pt/C的2.2倍。

燃料电池用铂基氧还原催化剂的研究

质子交换膜燃料电池因其环境适应性强、启动快、续驶里程长、加氢时间快等诸多优点,被视为未来汽车动力来源的终极解决方案。燃料电池大规模应用需要比碳载铂氧还原活性更高的电催化剂,并满足高耐久性和低成本的要求,铂基催化剂可以显著提高贵金属质量比活性,改善耐久性,从而降低电催化剂成本。本文总结了今年铂基氧还原催化剂的研究进展,对比不同的制备方法、形貌与暴露晶面对铂基催化剂的影响。

PtCo核壳型催化剂的制备及性能研究

采用湿化学还原法制备了PtCo核壳型催化剂,通过XRD、SEM、EDS、TEM等方法对样品的结构、形貌、铂金属含量和电化学性能等进行表征。TEM表征表明:45%(质量分数) PtCo/C催化剂分散均匀,Pt与Co之间形成了完整的核壳结构;XRD图谱表明颗粒平均尺寸约5 nm;电化学测试结果显示自制的PtCo/C催化剂的活性及稳定性均优于商业化Pt/C催化剂,是一种性能优良的电催化剂。

不同应用场景下燃料电池与纯电动汽车成本对比分析

本文基于中、美、日三个国家对燃料电池和纯电动汽车商业化成本的测算数据,根据车用燃料电池系统动力匹配的特点,分析了不同应用场景下燃料电池与纯电动汽车的成本变化规律。总体上,燃料电池汽车在中重卡领域具有明显优势。

质子交换膜燃料电池堆振动模态分析

文章对某大功率质子交换膜燃料电池堆的振动模态进行分析,采用等效模型的方法,建立燃料电池堆模态分析三维有限元模型,分析了其固有频率和模态振型。利用正交各向异性材料对燃料电池堆内部复杂的结构进行等效分析,极大地提高了建模分析效率。通过正交试验设计,找到影响燃料电池堆一阶模态的主要因素。将仿真结果与试验结果进行比较验证,结果表明该模型计算一阶模态具有较高的准确度,满足工程应用要求。

质子交换膜燃料电池电堆水传输机理综述

质子交换膜燃料电池是一种直接将储存在H2的化学能经与O2反应转化成电能、热能和水的电化学装置。它不受卡诺循环的限制,转化效率高,可以长时间连续运行,具有运行温度低、功率密度高、响应快、启动快、稳定性好以及当使用纯氢气时不会造成环境污染等特点,是未来汽车的理想动力装置之一。合适的湿度条件是燃料电池健康高效运行的必要条件,本文针对水在燃料电池内的传输问题进行综述归纳,为燃料电池内的水传输问题建立研究基础。

基于机理模型和数据驱动的燃料电池诊断方法综述

质子交换膜燃料电池的具有无污染,启动快,效率高等优点,是理想的车载能源。但是其结构紧凑,仅可以采集单片电压以及在流道入口与出口处安装传感器,对其的祝诊断与状态估计提出了很大挑战。本文针对质子交换膜燃料电池的诊断问题,分别对极化曲线、电流中断、单体电压巡检、交流阻抗谱分析等主要诊断手段进行说明;同时对燃料电池应用中,非常重要的水状态诊断进行了归纳;最后对质子交换膜燃料电池的老化表征与老化判断进行综述。

双层ePTFE增强复合质子交换膜的结构及性能研究

质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心材料。基于全氟磺酸离子交联聚合物(PFSA),采用膨体聚四氟乙烯(ePTFE)多孔膜,制备出双层ePTFE增强型复合质子交换膜。与采用传统的单层ePTFE(ePTFE厚度为20μm)增强的复合膜相比,双层ePTFE增强膜(每层ePTFE厚度为10μm)因其更小的ePTFE单层厚度而更容易被PFSA渗透和填充。研究显示,与单层ePTFE增强膜相比,双层ePTFE增强膜具有更高的质子电导率、拉伸强度以及更低的溶胀率。燃料电池性能方面,双层ePTFE增强膜的峰值功率密度(477 mW/cm^(2))高于单层ePTFE增强膜(335 mW/cm^(2))。为了评估所研制双层ePTFE增强膜的应用价值,本研究将其各项物性参数与商业化增强膜(GORE)进行了对比。

燃料电池外购件成本管理探讨

随着我国氢燃料电池汽车产业化导入期的正式开始,燃料电池行业竞争日益激烈,燃料电池技术公司面临的竞争难度也大大增加。产业链的未成熟以及产品的快速升级和增加,给企业成本控制带来了新的挑战。文章就目前燃料电池行业外购零部件的现状和存在的问题进行了简要的探讨,并结合实际发展情况提出了几点针对性建议。

燃料电池极板激光焊缝及涂层性能

采用超薄不锈钢薄板(≤0.1 mm)制备的金属双极板具有加工效率高、成本低的优势,在质子交换膜燃料电池(PEMFC)上具有广泛的应用前景。激光焊接是实现两片极板焊接成双极板的关键工艺,对燃料电池的焊接密封性能和双极板涂层的寿命具有重要的影响。针对0.1 mm的SS316L超薄不锈钢双极板的激光焊接过程,开展了不同焊接工艺参数的激光焊接实验,研究了焊接功率、激光离焦量对焊缝宽度、熔池深度及焊缝强度的影响规律;在此基础上,研究了焊接保护气体对焊缝表面氧化的影响规律,开展了焊接后的极板表面涂层实验,探索了焊接工艺对涂层性能(耐蚀性和导电性)的影响,为燃料电池金属双极板焊接工艺的优化参数设计提供了理论基础。