直接甲醇燃料电池离网供电应用研究

针对石油管道监测、司法监控等领域存在的离网供电不足问题,设计了离网供电系统,将自研的直接甲醇燃料电池DMFC(direct methanol fuel cell)与太阳能电池、蓄电池等进行集成,用于实现离网设备的不间断供电。自主研制的DMFC具有较高的甲醇燃料转化率;在低温-40℃、常温20℃、高温45℃的模拟环境试验中,DMFC起动正常且均能够稳定运行;高温、低温环境中电堆性能相比常温环境会有下降。在离网供电系统实际运行的3904 h内,DMFC经历了0~40℃的环境温度波动,电堆以160 mA·cm-2的电流密度运行了1491 h,其性能可保持为初始状态的94.7%。研究表明,DMFC具有较强的环境适应能力,有利于提高离网供电系统的可靠性。

直接甲醇燃料电池高海拔环境适应性研究

设计并制造了直接甲醇燃料电池(DMFC),额定输出功率为50 W,常压下比能量可达510 Wh/kg(连续72 h额定功率输出时)。DMFC分别在上海和拉萨进行了测试,相应地对比了常规气压和高海拔低气压环境中的运行性能。实验结果表明:在海拔3685 m环境中,电堆工作电流密度120 mA/cm^(2),DMFC可以实现稳定运行;高海拔下电堆电压约为常压环境下的95.3%;高海拔下平均燃料消耗速率相比常压环境会有增加;高海拔下DMFC起动时间与常压环境下无明显差异;高海拔时水的回收速度比常压下缓慢;电堆在高海拔环境下工作2000 h后,性能仍可保持初始状态的87.8%,平均单电池电压衰减速度约30μV/h。

基于模型的质子交换膜燃料电池系统阳极气体浓度估计技术综述

为了对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统进行管理以延长其寿命,需要设计基于模型的状态观测器对内部状态进行实时监测,并通过反馈控制将其控制在预期水平。由于PEMFC阳极氢气浓度直接决定了系统的输出性能,并且不断循环的氢气以及氮气因跨膜扩散在阳极不断累积,导致阳极气体浓度估计困难。因此,本文着重介绍了PEMFC阳极气体浓度估计的前沿技术,并对现有研究存在的问题和未来发展趋势进行了阐述,以期为PEMFC气、水、热管理的研究做出贡献。