质子交换膜燃料电池的氧化剂实验性能

分析采用不同氧化剂和改变气体压力对质子交换膜燃料电池性能的影响，用测定电压／电流密度曲线的方法研究了质子交换膜燃料电池的性能特点以及电池温度对电池性能的影响，并对氢-氧和氢-空气燃料电池做了性能对比，实验结果是氧气作氧化剂比空气作氧化剂性能好得多，而且随着温度的增加性能有所改善．压力实验结果是随着气体压力的增大电池性能增强，输出功率增大．     

进气温度对质子交换膜燃料电池性能影响的试验研究

为了研究不同进气温度对质子交换膜燃料电池性能的影响.首先分析了质子交换膜燃料电池反应的基本原理;其次建立了一个质子交换膜燃料电池性能测试平台,通过控制空气和氢气侧压力为0.1 MPa、燃料电池工作温度为60℃时,同时改变阴极和阳极侧进气温度来对一个由十片单电池组成的电堆进行实验.实验结果表明:质子交换膜燃料电池性能受进气温度影响较大,在燃料电池进气压力和工作温度一定的情况下,随着进气流量的增加,进气温度随之升高,电池性能也将得到明显改善;其次,通过比较同一进气压力、进气温度和工作温度下电堆的一致性,得出第十片单电池性能衰减较快.     

温度对PEM燃料电池性能的影响

目的研究质子交换膜燃料电池运行中的电池温度、两极加湿温度对电池性能的影响．方法运用质子交换膜电池单体的测试系统进行了不同工作温度、气体加湿温度对电池性能影响的测试实验．结果得到了3个温度在实验条件下。在一定范围、一定间隔内的所有数据组合．结论固定除温度外的所有操作参数条件下。电池工作温度、阴极和阳极的加湿温度对电池性能的影响顺序也是固定的；低电流工作下．电池性能不受操作温度的影响，只与其几何参数有关；电池的极化曲线中存在两个过渡区，过渡区是在一定范围内出现的．实验结果对质子交换膜燃料电池结构的优化和设计具有重要的指导意义．     

车用直流道质子交换膜燃料电池性能仿真及试验研究

使用计算流体动力学(CFD)方法,建立了三维直流道质子交换膜燃料电池的阳极和阴极模型。使用500W质子交换膜燃料电池电堆验证了电池的输出特性,分析了反应气体压力、电堆温度和气体增湿温度对电池输出电压的影响。根据内部流场的仿真结果,考察了反应气体压力、温度等操作条件因素对反应物和电流密度分布的影响,为提高车用质子交换膜燃料电池性能及工作的稳定性提供参考。     

质子交换膜燃料电池催化层气液两相流的建模及仿真

质子交换膜燃料电池中液态水含量的多少对电池性能具有十分重要的影响。考虑了质子交换膜燃料电池催化层中气液态水的影响,在假设电池内部保持等温、稳态的基础上建立了电池阴极一维气液两相流模型。运用MATLAB软件对电池内部不同的液态水饱和度、温度以及不同阴极进气压力对单电池输出电压的影响进行了仿真,得出不同条件下的电流密度和电压之间的关系曲线,将仿真结果与实验数据相比较,该结果与实验数据符合较好,可为车用燃料电池的优化与控制提供依据。     

PEMFC输出特性建模与多因素仿真分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一个涉及多个学科领域的复杂系统,其输出特性受到多种因素的影响.为研究工作温度、压力、膜含水量、加载幅度、加载速度对其输出特性的影响,根据质子交换膜燃料电池(PEMFC)的数学模型,建立了考虑双电层电容作用的电压动态模型,并在Matlab/Simulink平台上进行仿真.利用实验室自制风冷自增湿DXFC-200质子交换膜燃料电池和燃料电池测试系统,将现场测得实际输出伏安特性曲线与所建模型输出曲线进行拟合,证明了模型的准确性和稳定性.在此基础上进行单因素纵向分析,并进一步运用正交实验进行多因素横向比较,分析了在低电流区域和高电流区域工作温度、压力、膜含水量对电池输出特性的影响程度.分析结果表明:在一定范围内提高温度、增大压力、增大膜含水量、减小加载幅度和加载速度可以有效改善电池性能;在低电流区域,工作温度对电池输出特性影响更显著,在高电流区域,膜含水量对其性能影响更显著.所建模型可以真实反映质子交换膜燃料电池的工作特性,对于改善电池性能,延缓电池衰减,制定燃料电池控制策略能够提供基础理论支持.     

质子交换膜燃料电池系统建模仿真与控制

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)建立合适的数学模型,有助于改善PEMFC的设计。结合燃料电池的电场与温度场,建立了包含质子交换膜燃料电池的电化学模型与温度模型的数学模型,通过MATLAB软件进行仿真,仿真结果表明该模型较好地反映出PEMFC系统的动态特性,并研究了工作温度、反应气体工作压力以及质子交换膜面积变化对电池输出性能的影响。与此同时结合所建立的质子交换膜燃料电池模型设计了一款采用PID控制的Boost升压电路,将燃料电池输出不稳定的电压转变成可供给负载稳定使用的24V电压。     

氢-空交指流场PEM燃料电池特性研究

目的研究电池温度、加湿温度、气体流量对氢-空交指流场PEM电池性能的影响,优化操作参数,提高PEM燃料电池的性能和稳定性,降低成本,促进其实用化.方法运用燃料电池测试系统测量了PEM燃料电池的性能,分析了电池温度、加湿温度和气体流量对其性能的影响.结果单有氢气或空气加湿,质子交换膜不能充分湿润,燃料电池性能较低;当电池温度和加湿温度同时等于343 K时,电池性能最佳;实验条件下,空气流量为260 ml.cm-3时,最佳氢气流量为70 ml.cm-3.结论实验结果对PEM燃料电池的参数优化具有重要的参考作用,为其推广应用提供实践依据.     

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16cm^2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、     

流场板二次流对质子交换膜燃料电池性能影响

电池流道结构对电池性能有直接影响，有必要对电池流道结构进行研究。在质子交换膜燃料电池流道内放置堵块可以增强反应气体的传质进而增强电池性能，但不同堵块对电池性能影响不同。采用数值模拟的方法，建立了三维、稳态的单直流道质子交换膜燃料电池数值模型。对阴极流道内放置不同堵塞率堵块的质子交换膜燃料电池进行研究，重点分析堵块产生的二次流对电池性能的影响。研究发现在流道内放置堵块产生的二次流可以增强电池性能，堵块堵塞率为0.8时电池净功率最大。反应气体在流道内受到堵块扰流作用，在堵块后方产生二次流增强了反应气体传质是电池性能增强的主要原因。     

基于动态模型的氢燃料电池堆性能研究

提出和建立了包含水平衡的氢燃料电池堆的动态模型，用于研究质子交换膜(PEM)燃料电池堆的静、动态性能。基于此模型，针对不同的运行条件进行了准实体规模的仿真研究。相应的仿真静、动态性能与实测的燃料电池堆数据比较，显示了很好的一致性。     

Elucidating the operating behavior of PEM fuel cell with nickel foam as cathode flow field

Metal foam material, which serves as an alternative replacement of the conventional flow distributor of proton exchange membrane(PEM) fuel cell, has been attracting much attention over last few decades. In this work, three-dimensional modeling work for PEM fuel cell containing metal foam as cathode flow distributor has been carried out. The fuel cell performance and operating characteristics of metal foam flow field and conventional parallel flow channel have been compared and discussed.The cell performance has been reasonably validated based on the corresponding experimental tests conducted in this study. The superior performance of PEM fuel cell with metal foam as cathode flow field benefits a lot from the uniform gas flow. The porous metal foam material provides more pathways for the water delivery at the interface of metal foam flow field and gas diffusion layer(GDL), accelerating water removal capability of cathode. Because of the significant oxygen transfer loss in diffusion limited parallel channel, the operation of PEM fuel cell with parallel channel is found to be more sensitive to cathode humidification and oxygen supply at inlet. Due to the more uniform and effective electron transport though the porous electrode, it is possible to use thinner GDL in metal foam PEM fuel cell. It is expected that this study could give a good baseline of operating behavior of PEM fuel cell with metal foam flow distributor.     

5 kW质子交换膜燃料电池堆之气体与水管理系统

开发了一个气体与水管理系统,藉以配合5kW质子交换膜燃料电池堆(Ballard 1310),使燃料电池的发电效率提升,并应用在小型运输工具之辅助动力装置(APU).气体与水管理系统包含4个子系统:氧化物供应系统、氢气供应系统、冷却系统与控制系统.原设计之各子系统中,感测组件过多以及管路过长,易出现热耗散及不均匀的现象,使供应气体温度下降.在新的简化设计中,减少各系统中的感测组件及缩短的管路,能有效提升供应气体之温度,提升燃料电池的性能.此外,电池效能会被在不同负载下的气体相对湿度与氢气消耗量影响,氢气消耗量在负载100A时较负载10A时多44%,故分析氢气于各负载下的消耗情形与气体相对湿度,有助于设计理想的氢气再循环机制,而提升氢气的使用效率.为使总输出功率可达10kW,后续工作将以另一5kW燃料电池堆系统与原系统结合二极管做串并联组装,且因两电池堆之效能输出几乎一致,故全系统将可进行长时间且稳定之高功率输出.实验结果显示在空气进口温度51℃与相对湿度54%时,电池堆最理想效能可达到65.5%.     

PEM燃料电池操作性能的实验研究

目的研究各种操作参数对电池性能的影响，以便对今后的燃料电池的设计作出有益的参考．方法运用燃料电池测试仪进行了不同电池温度、气体加湿温度、反应气体的流量和电池背压对电池性能影响的实验．结果对实验数据进行绘图．得出了电池的电压一电流密度曲线图．从相应的图中可知道电池性能随操作参数的变化情况．结论一定范围内。升高电池操作温度可以提高电池的性能。但是当电池温度超过气体加湿温度时，升高温度电池性能反而下降；电流密度较低时，升高阳极加湿温度能提高电池的性能；当阴极加湿温度高于电池温度时，升高加湿温度将会降低电池的性能；提高电池的背压可以明显提高电池的性能：一定范围内提高反应气体的流量可以提高电池的性能．     

Processes of depositing platinum on carbon nanotubes and their effecton performance of proton exchange membrane fuel cell

The ultrafine platinum nanoparticles deposited on the surfaces of carbon nanotubes (Pt/CNTs) were prepared by a chemical precipitation method and used as the catalyst of proton exchange membrane fuel cell. The depositing process parameters such as the solution pH value, Pt content and treatment temperature were analyzed. The experimental results show that the optimum process parameters to prepare Pt/CNTs are the solution pH value of 7.0, the theoretical Pt content of 25% (mass fraction) and the heating temperature of 500~C, under the conditions the best performance of the proton exchange membrane fuel cell can be obtained and its voltage can reach 580 mV at a current density of 500 mA/cm2.     

Experimental investigation of liquid water in flow field of proton exchange membrane fuel cell by combining X-ray with EIS technologies

The flow field is a pivotal part to manage the transport of water and gas in proton exchange membrane fuel cell. However, the reported water measurement methods (e.g., X-ray and electrochemical impedance spectroscopy (EIS)) cannot give a comprehensive understanding water distribution in the flow field, resulting in challenges in optimizing the channel design and enhancing fuel cell performance. Therefore, we propose a water measurement method combining the X-ray radiography with EIS to investigate the effect of different operating conditions on the growth law and distribution of liquid water in parallel and serpentine flow fields. The attenuation coefficient of liquid water to X-ray is calibrated with constant tube-current and tube-voltage of X-ray generator. Besides, the parallel flow field with hydrophobic treatment is studied. The results show that the water accumulation of the parallel flow field is far more than the serpentine flow field, and the water content of the middle region is higher than that of other regions in the parallel flow field. Furthermore, operating conditions (cathode inlet gas flow rate, inlet gas humidity, and back pressure) have little effect on the liquid water content of the middle region in the parallel flow field. The polarization curve, EIS result, and X-ray radiography show that the performance and water drainage capacity of the hydrophobic parallel flow field are better than the normal one.