质子交换膜燃料电池水管理研究进展

质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)水管理不当会增加内阻阻碍氧还原反应,因此有效的水管理是提高性能和耐久性的关键策略之一。膜脱水、催化剂层溢流、质量传输和流体流动状态等现象会受到流道中水的分布和移动的影响。对PEMFC水管理的关键技术相关文献进行了综述,讨论了改善水管理的各种技术方案,汇总了采用中子成像和电子显微镜等技术对液滴的形成、扩散以及与气体扩散层GDL(gas diffusion layer)的相互作用进行研究的成果。详细分析了采用CFD模型和VOF方法模拟燃料电池微通道中的水滴运动和段塞形成。     

质子交换膜燃料电池水、热、气管理

质子交换膜燃料电池的水、热、气管理对其性能和寿命有非常重要的影响.讨论了水、热、气管理的主要措施和它们对电池性能的影响.分析表明:对质子交换膜燃料电池物理机制认识的不足,是水、热、气管理水平较低的原因.应建立质子交换膜燃料电池的多尺度、多相、多物理场、动态仿真模型,进行分析、模拟和优化,来提高其性能.     

质子交换膜燃料电池的自增湿研究

通过分析质子交换膜燃料电池中的水迁移方式,提出了燃料电池增湿的必要性,介绍了目前正在研究应用的自增湿技术的研究现状,指出自增湿技术是未来质子交换膜燃料电池增湿技术的发展方向,具有很好的研究前景。     

阳极封闭式自增湿质子交换膜燃料电池--水分布及其性能

针对阳极封闭式自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC),建立了Nafion固体电解质膜中水传递理论模型,并得出了PEMFC实现自增湿的判据.模拟了Nafion固体电解质膜厚、电池压差、电池温度及电流密度等因素对膜中水分布与电渗系数的影响,并发现了阴阳两极压差、电池温度对膜中水分布的影响随放电电流密度变化的规律.通过非对称式膜电极(MEA)的方法自制了自增湿PEMFC,实现了阳极封闭式自增湿操作,电池性能非常稳定,最高功率密度可达到1.3W/cm2以上.建立的水分布与电性能模型很好地拟合了实验放电曲线,并得到了自增湿PEMFC氧电极动力学参数,模拟出了阴阳两极压差、温度对电性能影响的极化曲线,得到了实验的证实.     

质子交换膜燃料电池阴极面增湿槽道

增湿技术是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键技术之一。设计了一种阴极面带增湿槽道流场板,增湿槽道中液态水蒸发成气态水透过疏水碳纸向邻近的气体槽道和催化层扩散进行增湿。单电池在电流密度为600mA/cm2工作时,内阻在0.051～0.066Ω·cm2区间波动;表明了采用增湿槽增湿方式达到了良好的增湿效果并实现了电池稳定工作。     

质子交换膜燃料电池发展现状

介绍了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的结构、组成和工作原理，叙述了不同质子交换膜的来源特点及导电性与膜参数的关系；对不同电极和电极催化剂性能作了评述；综述了目前几种氢的来源、优缺点及质子交换膜燃料电池有关问题的发展动向和前景。     

质子交换膜燃料电池凝水的研究进展

分析了质子交换膜燃料电池(PEMFC)中凝水的生长过程,分析了运行时间、电流密度、流速、温度、压力、湿度、流场和扩散层等因素对凝水的影响,并介绍了凝水的处理方法。对PEMFC凝水的可视化观测已从宏观步入微观。     

质子交换膜燃料电池的研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池的核心组成与工作原理，对燃料电池的膜材料和电催化剂、膜电极技术的发展现状以及对膜电极的制作工艺和结构优化进行了评述和分析，指出了目前质子交换膜燃料电池研究存在的问题及发展趋势。     

常压空气质子交换膜燃料电池

常压空气质子交换膜燃料电池,采用阴极与阳极均为平行沟槽流场的石墨双极板。MEA采用DuPond公司制造的Nafion112质子交换膜、碳纸采用SGL碳纸,碳载铂为自制催化剂。电池堆的工作条件为室温,氢气压力为0.01～0.02MPa,以空气为氧化剂。电池堆输出功率为200W,峰值功率400W。     

质子交换膜燃料电池的水热管理

对质子交换膜(PEM)燃料电池数学模型分别以一维、两维和三维的形式讨论,得出数学模型应向三维、非等温、两相流动的方向发展,逐步发展电堆模型;将现有的加湿方法分为外部加湿法、内部加湿法、自加湿法、直接加湿膜法和其他加湿法5类,论述了各种加湿方法的原理,并对其优缺点加以评述;介绍了质子交换膜燃料电池冷却系统的一般结构和原理。     

燃料电池内电流趋肤效应现象浅析

燃料电池的耐久性和寿命是制约其商业发展的重要问题,特别是在动态负载环境下,电池的性能衰减与寿命变短问题更加突出。介绍了首次利用麦克斯韦电磁理论研究电池内部电流分布,并从理论上阐述电池在动态负载输出时,电池内电流密度分布不再均匀,且随着电流变化频率的增加,电流密度越来越向电池外围集中的现象,即电流的趋肤效应：从电池的实际运行与负载取电模式,说明了燃料电池产生电流趋肤效应的情况。最后还通过对单电池作了简化模拟分析,从数据上说明了当负载变化频率大于1kHz时,电池内部将产生严重的电流趋肤效应。说明了电流趋肤效应是燃料电池在动态负载环境下性能衰减与寿命变短的重要原因之一。     

质子交换膜燃料电池内水分布研究

提高不加湿质子交换膜燃料电池性能关键在于水的管理。研究质子交换膜燃料电池内水分布,是解决电池放电性能稳定,不加湿操作的基础,对加速燃料电池小型化具有重要意义。采用反应气循环使用实现生成水零损失,提出新型水管理系统对膜电极两侧水分布进行了研究。实验结果表明,阴极收集水量为正,阳极收集水量为负,且两极收集水量总和接近于电化学生成水量。恒电流放电实验表明,利用新型水管理系统的燃料电池可以稳定运行。     

燃料电池用高温无机质子传导材料研究进展

详细总结了小分子无机酸、无机氧化物陶瓷、KDP型无机含氢氧化物和杂多酸作为质子传导材料的研究进展,并分析了这些材料作为燃料电池用高温质子传导电解质的可行性.发现无机氧化物陶瓷电导率较低、活化能较大;KDP型无机含氢氧化物需要转变为超质子态才可以高速传导质子,解决其低温电导问题是用于燃料电池的关键;小分子无机酸电导率很高...     

组合流场PEM燃料电池的性能比较

运用燃料电池测试系统测得两种流道组合而成的四种流场(两种单一流场与两种混合流场)的PEM燃料电池的某些性能参数,并做出V-I曲线.在相同的操作参数下,比较了单一流场之间、混合流场之间以及单一流场与混合流场之间的性能差异,详细说明了四种流场的PEM燃料电池性能差异的原因.实验结果分析得出:阳极蛇形/阴极蛇形流道组成的蛇形流场PEM燃料电池性能最好,阳极直流道/阴极蛇形流道组成的混合流场性能其次,阳极蛇形流道/阴极直流道组成的混合流场性能再次,阳极直流道/阴极直流道组成的直流场PEM燃料电池性能最差;氢气流量变化对阳极直流道/阴极蛇形流道组成的混合流场PEM燃料电池性能影响明显,对阳极蛇形流道/阴极直流道组成的混合流场PEM燃料电池性能影响不明显.实验结果对PEM燃料电池流场优化具有一定的参考价值,为其推广应用提供参考依据.     

台湾质子交换膜燃料电池的研发

燃料电池由于直接将化学能转换成电能,能源转换效率高于一般传统能源技术,同时由于环保无污染的特色,所以也几乎不需任何后处理。简单介绍了6种不同类型的燃料电池,虽然到目前为止燃料电池仍未能完全大量商业化应用,不过质子交换膜燃料电池近期商业化潜力相当大,而2002年6月台湾燃料电池伙伴联盟正式成立,主要目的即为提倡燃料电池技术应用。针对质子交换膜燃料电池的研发工作已展开,主要集中在系统的开发与应用,并已成功开发出千瓦级纯氢定置型发电系统。虽然燃料电池具有许多优于传统能源技术的特点,但是诸如氢气供应、价格等许多商业化的障碍仍然有待克服;长期而言,再生能源与燃料电池结合可能在能源供应方面扮演相当重要的角色。     

流道截面形状对PEM燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池内电化学反应生成的水和热量会对电池性能产生较大影响,而流道截面形状是影响电化学反应的因素之一.利用FLUENT软件计算了采用不同截面形状流道的质子交换膜燃料电池,获得电池电压-电流(U-(I))曲线,并分析中电流密度下不同流道电池内温度场的分布,研究了在中、高电流密度下梯形流道和圆形流道对电池内水含量分布的影响.结果表明,流道形状对电池性能影响一方面体现在流道与扩散层接触面积越大则电流密度越大,另一方面底部为弧形和侧壁倾斜的梯形流道可在一定程度上降低膜内中心部位水含量.     

PEM燃料电池动态特征的仿真分析

运用Fluent的PEM模块对质子交换膜燃料电池在改变气体湿度、流量以及电池负载条件下,电池的动态特性进行仿真分析.结果表明,燃料电池具有快速的动态响应能力,改变供给气体湿度的情况下,1 s内达到几乎稳定状态,在3 min内达到新的稳定状态.而且,膜的湿度对电池的动态性能影响很大.适当提高空气流速,可以有效地提高排水能力,提高电池的性能.中、低电流密度下,空气流速对电池的动态性能和动态响应能力影响不大;高电流密度下,空气流速对电池动态性能和响应能力有显著影响.     

PEM燃料电池用气体扩散层材料研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池用气体扩散层的作用和性能要求,论述了碳纤维纸、碳纤维编织布、无纺布、碳黑纸以及金属材料等几种用于PEMFC的气体扩散层材料的性能参数和试验结果,介绍了它们的制作工艺、注意事项,以及各自的优缺点。