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扩散层形态对质子交换膜燃料电池性能的影响

研究了扩散层中过渡层所用碳粉的性质和担载量对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。采用扫描电镜对以AcetyleneBlack、VulcanXC-72、KetjenBlackEC300J和BlackPearls2000四种碳粉制备的扩散层表面形态进行  (本文共4页) 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
哈尔滨工程大学

国产材料燃料电池膜电极的制备与性能研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高能量密度、运行温度低和稳定性能好等优点,在航天、潜艇、电动车等领域有广泛的应用前景。为使PEMFC能够早日实现商品化生产,各国科研工作者正在致力于相关材料的研究,力图降低PEMFC成本,提高PEMFC的性能。其中,膜电极(MEA)的关键材料与技术,成为制约PEMFC实现产业化和商业化的主要因素,对PEMFC膜电极的关键材料及其制备方法的研究,具有重要的实用价值和理论意义。本文选择以氢气为燃料、空气为氧化剂的车用质子交换膜燃料电池的条件为测试条件,旨在研究国产PEMFC的核心材料以及全国产材料燃料电池膜电极在商业化进程和现实中应用的前景。在国产燃料电池核心材料选取方面,本文做了包括质子交换膜、碳纸、Pt/C催化剂在内核心材料的性能研究。对国内商业化或者半商业化的核心材料进行横向性能对比,并与当前普遍使用的进口核心材料进行对比。通过微观表征以及电池的极化曲线分析国产燃料电池核心材料与进口材料在构...  (本文共83页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津大学
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质子交换膜燃料电池动态传输特性的研究

PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells,质子交换膜燃料电池)被广泛的认为是未来最有发展前途的清洁能源,尤其适用于移动的电子产品以及汽车等。大多数关于PEMFC数值模拟的研究关注于其在稳定状态下的特征,只有很少的是直接研究瞬态过程的。本文主要是分析PEMFC的瞬态传输过程。本文通过建立二维两相非等温的PEMFC瞬态模型研究了电池内部的瞬态传输特性。稳态的模拟结果表明在催化层内的活化过电势,各物质反应程度分布不均匀;膜的润湿程度对于PEMFC的瞬态性能有着很大的影响;热量传递由于与电化学过程和物系的传输,特别是水的传输和水的相变过程有着紧密地联系,因此也直接影响PEMFC的性能,另外通过模型还分析了PEMFC的动态特性,主要是在极板电压以及进气湿度发生突变的条件下,反应物的浓度以及电流密度在沿PEMFC厚度方向和垂直于厚度方向的动态反应特征,结果发现流道下面区域的动态特性要好于脊部...  (本文共105页) 本文目录 | 阅读全文>>

武汉理工大学
武汉理工大学

质子交换膜燃料电池的流场结构优化与新型流场研究

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)具有功率密度高、能量转换效率高、低温启动和无污染等优点,所以是目前很有希望应用于便携式电源、小型固定发电站、电动汽车等交通工具的动力电源,市场前景相当可观。而目前的燃料电池还处于研究阶段,它的一些机理和关键问题没有解决,流场就是其中一个长期研究,但是仍然没有最终解决的方面。本文将针对燃料电池流场,通过计算流体软件Fluent来进行模拟流场结构及其尺寸的变化对电池性能的影响。首先,描述质子交换膜燃料电池的三维数学模型,包括了流动、传质、电化学反应和水传递等模型。然后建立几种不同流道深度的单流道燃料电池几何模型,运用Fluent软件的PEM模块分别对其进行模拟分析,研究流道深度对流场压力分布、浓度分布以及电池性能的影响情况,得出流道深度为0.4mm左右时最佳的结论;接着,在固定流道高度为0.4mm的前提下,建立不同流道宽度和岸的宽度...  (本文共77页) 本文目录 | 阅读全文>>

武汉理工大学
武汉理工大学

质子交换膜燃料电池中水传输机理研究

本文首先分析质子交换膜燃料电池催化层三相通道微观结构及其间发生的电化学反应,研究水在催化层、扩散亚层、扩散层等多孔介质结构部件的生成、输运、相变条件,考虑了材料疏水性、亲水性及微孔尺寸对水蒸汽饱和压力的影响。认为电化学反应生成的水开始应该是气态,在传输中可能成为液态。材料亲、疏水性和孔径对饱和蒸汽压力有巨大的影响,据此提出了相变模型。随后根据多孔介质的UFT(Unsaturated Flow Theory)模型,导出了一维的梯度扩散层液态水相饱和度分布方程、液态水流量方程、液态水残留量方程、气体扩散因子方程。以此为基础,计算了不同孔隙结构的扩散层的相饱和度分布、液态水残留量、液态水排量和有效气体扩散因子,得到了一些有意义的结论。随后基于Fluent(Proton Exchange Membrane)PEM模块,考虑反应气体加湿、电化学反应、相变等因素的影响,计算了燃料电池扩散层中水的传输和分布状态。最后对梯度扩散层的爆破压力和凝...  (本文共143页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(大连化学物理研究所)
中国科学院研究生院(大连化学物理研究所)

质子交换膜与MEMS微型燃料电池的研究

质子交换膜(PEM)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件,起到传导质子、分隔燃料和氧化剂的双重功能。PEMFC系统中广泛使用的是全氟磺酸膜,它的昂贵成本是阻碍PEMFC商业化重要因素之一。提高温度和不增湿反应气体操作PEMFC将分别提高电池抗CO能力和简化电池系统。基于微电子机械系统(MEMS)技术的微型燃料电池将有可能实现燃料电池的微型化应用。本文研究了全氟磺酸膜,再铸Nafion膜,聚苯乙烯磺酸膜降解机理及其复合膜,不增湿操作PEMFC及其在MEMS微型燃料电池中应用。目的是探索PEM制备工艺、降低膜成本、简化电池增湿系统和燃料电池微型化。主要结论如下:厚膜组装PEMFC的极化曲线在低电流密度时就偏离线性,主要是质子传质极化引起;膜的制备工艺相对于膜化学组成、厚度和EW值对电池性能的影响程度要小;溶液—浇铸法制备再铸Nafion膜工艺中,高沸点溶剂置换低沸点溶剂和适当成膜温度是两个最关键因素;Nafion/ZrH(...  (本文共154页) 本文目录 | 阅读全文>>