不同温度下URFC模式切换中两相流及电压响应

通过实验得到了一体式再生燃料电池(unitized regenerative fuel cell, URFC)模式切换过程中电池内部的两相流观测可视化结果以及同步电压动态变化情况,讨论了温度影响下燃料电池和电解池模式切换过程中的两相流动规律以及同步电池电压的变化规律。实验结果显示：当电解池直接切换到燃料电池模式时,由于水淹的影响,电池电压接近0.0 V,同时受温度影响不大;当电池在运行不供水电解模式下120.00 s后切换时,电池能够在高温状态下切换至燃料电池模式,且温度较高时氧气侧水淹较弱。燃料电池向电解池模式切换时,温度和电流密度的高低同样会影响电解模式下的性能稳定性。     

阴极开放式质子交换膜燃料电池实验性研究

文中围绕实验室自制的开放式阴极自增湿型质子交换膜燃料电池开展了大量相关实验,采用FLUKE Ti25红外温度成像仪测得了各种操作条件下电池表面温度分布图像。实验结果表明:在封闭式阳极(anode dead-end)操作条件下,液态水会在阳极逐渐积累而影响反应气的传质,造成电池输出性能的衰减。通过阳极排气可以使电池性能恢复。纵观电堆表面温度分布情况,总体呈现出沿氢气流道方向递增的趋势。且随着电流密度的增大,这种温度分布的不均匀性变得更加明显。在实验所测试的范围内,电堆的平均输出功率密度达到了583 mW/cm2。     

燃料重整固体氧化物燃料电池发电系统性能分析及多变量参数优化

以燃料重整的固体氧化物燃料电池发电系统为研究对象,通过数值模拟方法对固体氧化物燃料电池发电系统的性能、(火用)损、(火用)效率以及多变量运行参数优化进行了分析。研究结果表明：重整反应中燃料利用系数、电池工作温度、水碳比、电堆电流密度等参数对系统性能影响显著;电堆工作在不同电流密度下都有其对应的最佳工作温度、最佳燃料利用系数工况点;水碳比会改变重整反应产氢量,从而影响电化学反应速率,空气加热器的(火用)损所占份额最大;优化后的系统效率及(火用)效率为0.480 9和0.462 6,效率提升约4%。     

混合动力系统发动机工况切换特性研究

基于台架试验,对利用辅助功率单元(APU)动态协调控制策略的发动机工况切换进行研究,并分析了发动机在起动过程、加速加载切换过程、减速减载切换过程的转速超调量和转矩超调量。提出了基于转矩模型的动态协调控制策略,能够保证发动机在工况切换时基本沿着最佳等效燃油消耗线运行,具有切换用时短、转速超调量和转矩超调量低的优点。工况点之间切换用时最低为0.6s;整个过程中最大转速超调量约为150r/min,与最大转速之比为5.4%;最大转矩超调量约为35N·m,与最大转矩之比为15.7%。试验结果表明:通过提高发动机怠速转速,可以加速暖机过程,并且不会造成发动机起动过慢的问题;在发动机起动初期,适当降低喷油量甚至断油,不影响发动机的起动性能,可实现油耗降低。     

基于BAS改进PSO算法对PEMFC温度的控制

有效的质子交换膜燃料电池（PEMFC）热管理是提升其可靠性和耐久性的关键因素之一，该文通过控制PWM占空比来控制散热强度进而控制电池温度。在控制策略上，选用经改进的粒子群算法优化的模糊PID作为控制器，最后经Matlab/Simulink搭建的电堆温度模型仿真表明：该方法能有效解决PEMFC温度控制时变量多、强耦合的难题，使相对于传统的PID控制超调量下降57%，响应时间缩短27.8%，取得了响应速度快、超调小和鲁棒性强的控制效果。     

空气抽吸式甲醇燃料电池传热与传质特性

空气抽吸式直接甲醇燃料电池不仅具有被动式燃料电池的优点,同时又便于将其串联成电堆提高输出电压。建立以阴极为管道抽吸式结构的直接甲醇燃料电池的三维、两相、非等温稳态数值模型,研究了质子交换膜性能、供给甲醇浓度以及电堆规模对电池性能及燃料利用率的影响。对于保温较好的大电堆,采用低甲醇穿透的改性质子交换膜能同时提升燃料利用率和比功率;此类电堆若采用穿透率低的改性膜,则2 mol/L的甲醇浓度就能保证电池在较大的电流密度区间内维持较高的功率与效率。作为影响电池运行温度的重要因素,电堆规模的大小将直接影响质子交换膜种类与甲醇浓度等关键参数的设计与选择。     

基于高面容量锌溴液流电池的电堆结构及负极材料设计与优化

双碳目标下,大规模长时储能对以新能源为主体的新型电力系统发展至关重要。锌溴液流电池兼具低成本和高能量密度优势,在能源存储领域有良好的发展前景。作为半沉积型电池,锌沉积面容量的大小对电池储能时长和经济性均有重要影响。本研究采用高导电性的双极板,并在负极表面构建缺陷工程,成功对锌溴液流电池电堆结构和负极电极进行优化,并实现了电池在高面容量条件下的出色性能。此外,通过SEM、XPS、Raman光谱、CV、EIS以及GCD测试等方法进行表征对比,选取了中度氧化的石墨毡为最佳电极材料。优化的电堆结构与中度氧化的石墨毡相结合,在电流密度为20 mA/cm²、面容量为120 mA·h/cm²的条件下,电池实现了94.26%的库仑效率和82.12%的能量效率。最后,本文揭示了这一优化策略的作用机制,优化的电堆结构可以改善电池内部电流分布,且在低面容量条件下效果显著。而随着面容量的提升,只有结合负极表面的亲锌缺陷工程方可实现平坦且致密的锌沉积,并避免锌枝晶形成。结合优化后的电堆结构与负极材料,最终实现电池在高面容量条件下实现优异性能。本研究为锌溴液流电池作为长...     

中国科学家研发出新一代全钒液流电池电堆

正6月11日,中国科学院大连化学物理研究所宣布,该所储能技术研究部李先锋研究员和张华民研究员团队成功开发出新一代30 k W级低成本全钒液流电池电堆。经测试,该电堆在30 k W恒功率运行时,其能量效率超过81%,100个循环容量无衰减。全钒液流电池储能系统由电堆、电解质溶液、管路系统等组成,其中电堆起到至关重要的作     

全钒液流电池电堆局部供液不足导致副反应加剧的现象

在全钒液流电池电堆的实际运行中,并联供液的不同电极间可能会出现流量不均的问题,长期运行可能会造成电堆内部局部供液不足,不仅对电堆整体性能直接造成影响,还会加剧有害副反应(析氧反应、析氢反应、碳腐蚀反应等),进而导致阻塞加重、内阻增大.为了定量研究局部供液不足条件下液流电池电堆的表现,本工作建立全钒液流电池电堆模型,针对...     

微晶硅电池的制备及提高其效率的优化

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备了不同硅烷浓度系列的微晶硅电池。结果表明:电池的开路电压随着硅烷浓度的增大而逐渐增加,而电池的短路电流则先增加后减小,在转折点电池的效率达到最大,填充因子则变化不明显;(220)择优取向出现,I(220)/I(111)比值大,电池的短路电流密度也大,电池的效率也最高;在实验的范围内,电池的短路电流密度和厚度成正比例关系;首次在国内制备出了效率达7.3%,短路电流密度(Jsc)为21.7mA/cm2,开路电压(Voc)为0.52V,填充因子(FF)为65%的微晶硅电池。     

台阶式溢洪道水流空化特性及空化空蚀位置的确定

为探讨台阶式溢洪道水流空化特性,结合某水库实际工程,采用水工模型试验方法,研究了不同流量条件下台阶式溢洪道的流速、压强分布和空化特性。结果表明,在溢流堰段,水流流速沿程逐渐增大,压强沿程逐渐减小,水流空化数也逐渐减小;在台阶段,流速沿程先逐渐增大,在初始掺气点达到最大值后有所下降,随后逐渐增加并趋于某一常数,压强沿程呈波浪式发展,水流空化数也呈波浪式发展;在消力池内,水流流速先逐渐减小,达到最小值后又逐渐增大,压强先逐渐增大,增大到最大值后逐渐减小,然后减小到最小值,再逐渐增大,水流空化数沿程先逐渐增大,达到最大值后逐渐减小;台阶水平面上的空化数从台阶凹角向凸角逐渐增大,竖直面上的空化数从底部向顶部逐渐减小;同时水流空化数随着流量的增加而减小。     

重整条件对SOFC电池堆性能影响的实验研究

以天然气为燃料,建立了外部重整固体氧化物燃料电池(SOFC)系统的实验平台,在不同重整工艺参数条件下,对电池堆的性能进行了测试,得到了电池堆性能参数的变化趋势,分析了水碳物质的量比(即水碳比)、重整温度、重整方式以及天然气体积流量对SOFC电池堆性能的影响.结果表明:在不同的电流密度下,采用水蒸气重整方式电池堆的输出功率高于自热重整方式电池堆的输出功率;当电池堆工作温度设定恒值为1 023K时,随着水碳比的增大,电池堆的输出功率逐渐提高,随着天然气体积流量的增加,电池堆的输出功率显著提高.     

空气流向对空冷PEMFC影响的实验及仿真研究

针对不同空气流向对电堆性能的影响进行ANSYS/Fluent仿真分析,开展实验研究,在环境温度、风扇转速等外界条件不变的情况下,测量两种不同工作温度下外部风扇"吸风"与"吹风"两种空气流动方式对电堆总输出和各单电池输出特性的影响。结果表明:采用"吸风"方式供应空气(即正向流动)时,电堆的均匀性和稳定性等性能明显较好。考虑到电堆使用寿命,空冷质子交换膜电堆采用空气正向流动方式更为有利。     

质子交换膜燃料电池参数敏感性分析

为分析质子交换膜燃料电池（PEMFC）的参数敏感性,采用COMSOL建立三维、两相、等温燃料电池单体模型,对其进行模拟计算。通过分析物质浓度分布、极化曲线及功率密度曲线得到不同的离聚物体积分数、背压对传质及电池性能的影响。计算结果表明：随着离聚物体积分数的增大,欧姆极化损失减小,从而使电池性能得到提升,且随着工作电压的减小,电流密度增幅增大;背压的增加使电流密度增大,改变阴极背压比改变阳极背压造成的影响更大。     

车载PEMFC发动机性能试验与分析北大核心CSCD

文章以60 kW车载质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机系统为例,探究了PEMFC发动机系统的稳态及动态加载响应输出特性,并对PEMFC发动机系统的关键参数进行了灵敏度测试与分析。试验结果表明:PEMFC发动机在全工况下运行表现良好,最大输出功率为71.91 kW;随着功率需求的不断增大,单片电池电压的均衡性逐渐变差,电堆效率越来越低,而氢气利用率则越来越高;阴阳极气体压力随着功率需求的增大而增大,但二者的压差稳定保持在0.006~0.02 MPa;冷却水进出堆温差维持在12℃以内,满足了PEMFC发动机系统在各工况下的运行条件。     

计及电价波动的可逆固体氧化物电池“发电-电解产气”综合能源系统建模分析

综合能源系统是今后分布式发电站的重要发展方向之一。为了分析计及电价响应和电网激励对电转气（power to gas,P2G）技术的影响,建立了一个结合沼气厂的可逆固体氧化物电池（reversible solid oxide cell, RSOC）热-电-气综合能源系统模型。利用GAMS仿真软件分析了案例中引入的不同能量消耗方式对系统的影响,比较了热电联产（combined heat and power, CHP）和RSOC两种消耗沼气生产电力和热能方式的优劣,分析了电价波动对综合能源系统的投资成本和“弃风、弃光”的决策影响。引入RSOC之后带来的高电能转化率与CHP产生的高热量转化率相配合,能减少系统的投资成本,使可再生能源得到更合理地配置;引入沼气储罐可以平衡每天的供需要求,使系统的自耗电能力得到大幅提升,系统从电网购电降低了20%。随着电价持续增长,沼气储罐和RSOC的最优投资容量逐渐增加。当电价增长一倍时,最优系统案例中从电网购电量同比降低89.944%,同时系统的投资成本增速比传统系统慢。     

万利通集团 全钒液流电池

<正>承德万利通实业集团有限公司依托承德的钒资源优势,致力于全钒液流电池储能技术的开发和应用。公司具有完全自主知识产权的全钒液流电池关键材料、电堆的生产制造技术以及系统集成技术,建成质子传导膜、电解液、高纯氧化钒、电堆生产线;具备商用钒电池储     

熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）系统建模与控制的研究现状与发展

详细介绍了MCFC的电极,单电池、电堆,系统四个层次的建模以及MCFC控制的研究现状,指出了现有模型的不足;讨论了电堆和系统两级建模的发展方向,分析了MCFC系统的非线性,大时滞、分布参数、多输入多输出,有约束和随机干扰等特征,提出了两种适宜的控制方法。     

正弦脉动电流充放电下的锂离子电池发热特性

在级联H桥储能系统和模块化多电平储能系统中,电池的实际充放电电流为正弦交流和恒定直流的叠加,形成正弦脉动电流.本研究利用一维电化学模型,通过正弦脉动电流和恒定直流充放电下的电池发热特性的对比,对正弦脉动充放电电流下的LiFePO4电池的发热特性进行研究.研究结果表明正弦脉动电流下的电池瞬态热功率和瞬态内阻均随电流发生周期性波动;当正弦交流成分的波动幅值为直流成分的25％时,相对于纯直流充放电,放电和充电过程仅分别造成5％和2.8％的额外发热,但当正弦交流成分的波动幅值进一步增大,电池发热则会急剧增加;从SOC中间值到两端,电池压降和电流的相位差逐渐增大,即电池容性作用呈增大趋势;随着电流脉动频率增大,电池发热呈减小趋势.     

扩散层孔隙率对PEMFC性能影响的模拟研究

为了研究扩散层孔隙率对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响,采用COMSOL软件,通过数值模拟得出气体扩散层不同孔隙率(0.2,0.4,0.6和0.8)时,单直通道和具有楔形肋片(长1 mm,高1.5 mm,宽2 mm)的PEMFC性能曲线、阴极氧气质量分数分布和水质量分数分布。结果表明:扩散层孔隙率对燃料电池性能具有较大影响,随着扩散层孔隙率从0.2增大到0.8,PEMFC的电流密度逐渐增加,最大可达847 mA/cm~2;相对于单直通道,增加孔隙率比添加楔形肋片更利于提升电池性能;在孔隙率为0.6和0.8时,氧气更易扩散到反应区,排水效果更好。