大功率燃料电池运行条件的研究

采用正交法设计实验,利用不同结构的流场组装的两台50kW质子交换膜燃料电池堆运行,探索各种电池运行因素(温度、相对湿度、反应气利用率等)对大功率燃料电池堆稳定运行的影响,获得较优的燃料电池运行条件;为大功率燃料电池发动机的稳定运行提供参考。     

全氟磺酸固体聚合物电解质电容式湿度传感器

本文介绍利用乙二醇对市售的全氟磺酸固体聚合物电解质Nafion溶液进行改性,涂在梳状碳纸电极上制得电容式湿度传感器。并用两点温度法对制得的湿度传感器进行标定,在相对湿度为0.3～0.7范围内,电容与相对湿度成良好的线形关系。     

国产质子交换膜燃料电池关键材料及部件的电池组性能

基于质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)技术的实际应用要求,针对其国产关键材料和部件(包括电催化剂、质子交换膜、炭纸、双极板)进行性能表征、电池组制造工艺开发和电池组应用性能研究,结果表明:国产炭纸、复合质子交换膜、复合催化剂以及薄型不锈钢双极板无论是在基本性能还是在电池组应用方面都达到了国外同类产品的水平,能够满足车用燃料电池发动机的要求。目前,复合质子交换膜产品已实现批量生产,炭纸和复合催化剂已具备批量制造能力,薄型不锈钢双极板的批量制造工艺和设备已进入开发阶段,采用这些国产材料和部件组装的PEMFC车用发动机正在进行实际应用考核。初步预计:通过这些国产关键材料和部件的应用,可以将PEMFC的材料成本降低50%以上,同时还可以大幅度提高电池性能,为推进我国燃料电池产品的实际应用奠定基础。     

车用PEM燃料电池堆绝缘电阻的实验研究

电动汽车应用的燃料电池发动机,一般具有100～600V的直流电源电压。应当对其绝缘性能进行相应的试验研究及在线监测,确保符合电动汽车(EV)的电气安全要求。我们利用绝缘电阻在线监视仪在线测量燃料电池发动机中质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆的绝缘电阻,研究各种条件下(如:燃料电池电流输出、操作温度等)燃料电池绝缘电阻的变化规律,为提高和改善电动汽车用燃料电池的绝缘性能提供参考。     

固体聚合物电解质电容式湿度传感器

利用乙二醇对全氟磺酸固体聚合物电解质Ｎａｆｉｏｎ溶液进行改进,以增加其强度和稳定性。将改性后的电解质溶液涂在梳状碳纸电极上,制得了电容式湿度传感器。用两点温度法对制得的湿度传感器进行标定。在相对湿度为０．３～０．７范围内,传感器电容与相对湿度成良好的线性关系。     

60 kW燃料电池发动机集成及20次工况循环实验

介绍了大连化物所研制的一台用于城市客车的60kW燃料电池发动机。该发动机采用变压操作、功率自适应控制模式;具有较高的过载能力,最大输出功率为80kW。为了考察发动机的稳定性,根据燃料电池发动机测试规范进行了20次工况循环台架试验。通过在给定几个输出功率下的电压值比较可见,该发动机性能输出稳定,在额定输出功率下,电压标准偏差为2.17V。     

质子交换膜恒电位式氢气传感器

利用质子交换膜为电解质,碳纸和铂黑分别为电极的扩散层和催化层,制作了恒电位式氢气传感器;确定的最佳施加电位是１．５Ｖ;在氢气浓度为０．２％内,氢气氧化电流与氢气浓度成正比;通过在工作电极前面加设聚乙烯膜,增大氢气扩散阻力,可以将氢气氧化电流与氢气浓度之间的线性关系提高到氢气浓度为１．５％。     

表面改性金属材料双极板前处理的研究

在不锈钢表面制备一层导电性好、耐腐蚀的薄膜,是获得高性能质子交换膜燃料电池双极板材料的有效方法.实验分别采用抛光、喷砂和拉砂三种方法对不锈钢基体进行了前处理,然后利用物理气相沉积技术在不锈钢表面制备了TiN膜.观察了双极板材料的微观结构.并对其导电性和耐蚀性进行评价,以研究基体前处理对性能的影响.经过不同的前处理,双极板材料表面呈现出完全不同的微观结构.双极板材料的界面导电性与有效接触面积密切相关.当与碳纸接触时,抛光前处理的双极板材料导电性最好;当与膨胀石墨接触时,喷砂前处理的双极板材料电阻最低.在模拟电池腐蚀环境下0.5 mol/L H2SO4 2×10-6 F-的电化学腐蚀结果显示,喷砂前处理的双极板材料具有最好的耐腐蚀能力.     

质子交换膜燃料电池燃料饥饿现象

燃料饥饿的发生,将加速质子交换膜燃料电池(PEMFC)的衰减,降低电池的寿命。在燃料饥饿条件下,采用分式结构电池,对其电压、电极电势、电流分布及局部界面电势随时间的响应情况进行了在线测量。实验结果表明在燃料饥饿条件下,电池阳极侧出现"真空效应",公用管路内燃料气被倒吸进电池阳极,延缓了电池的死亡。公用管路内气体氢浓度越低,电池衰减越快。在此过程中,电池阳极中间区域局部界面电势首先上升,相应的阳极电势也逐渐升高;同时,电池中间区域电流下降,电流分布差异增大,阴极极化增大,电势相应下降。这表明电池运行过程中,气体中所含杂质在电池阳极的积累,使得电池阳极腔内氢气浓度逐渐下降并最终引起电池死亡。     

客车用燃料电池发动机耐久性研究

燃料电池发动机的耐久性是目前燃料电池汽车应用的关键技术问题之一。通过对客车动力平台用燃料电池发动机在实际道路运行数据的分析,以及燃料电池单堆在实验室条件下的耐久性测试结果的对比,研究目前燃料电池发动机的耐久性。新源动力开发的燃料电池发动机在客车实际运行条件下累计达到1500h,客车行驶里程累计20000km,在常用工况点(120A)性能衰减速度45μV/h,总体衰减不到7%;另一方面,实验室条件下进行单电堆1000h动态寿命考核,电堆表现出良好的耐久性,性能衰减速度为12μV/h。通过对两项结果的对比分析,认为燃料电池发动机中支持系统能力不足是其性能下降速度相对较快的重要原因,通过对支持系统能力的优化提高,可以提升燃料电池发动机的耐久性。