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质子交换膜的传输通道微观结构对燃料电池性能的影响

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化学进展 2015年第4期27卷 395-403页

作者：刘旭吴俊涛霍江贝孟晓宇崔立山周琼中国石油大学(北京)理学院北京102249 北京航空航天大学化学与环境学院仿生智能界面科学与技术教育部重点实验室仿生能源材料与器件北京市重点实验室北京100191

质子交换膜燃料电池因其高效、高能量密度、快速启动等独特优势在便携电子设备及汽车动力装置等应用中极具发展潜力。质子交换膜内的传输通道由于对膜质子传导性能有重要影响而受到研究者们的广泛关注。构筑有序结构的质子传输通道,能... 详细信息

质子交换膜燃料电池因其高效、高能量密度、快速启动等独特优势在便携电子设备及汽车动力装置等应用中极具发展潜力。质子交换膜内的传输通道由于对膜质子传导性能有重要影响而受到研究者们的广泛关注。构筑有序结构的质子传输通道,能够获得质子电导率与燃料渗透率、热稳定性、化学稳定性等性能均衡提升的新型质子交换膜材料。本文结合近年来质子传输通道的研究进展,对控制聚合物的相形态从而构筑有序质子传输通道的研究进行了综述,并针对不同相形态所形成的有序通道对膜及燃料电池性能的影响进行了分类与评述,最后对其发展趋势进行了展望。

关键词：质子传交换膜有序质子传输通道微观结构相形态燃料电池性能

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阶梯型流道对质子交换膜燃料电池性能的影响

重庆交通大学学报（自然科学版） 2022年第12期41卷 134-140,150页

作者：安治国张东阳张振严芝锐重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

合理的流道设计能够有效改善质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能。针对PEMFC建立了一种新型的阶梯型流道模型,并根据提出的两种实验方案进行了数值模拟实验。通过与常规型流道进行对比分析,研究了阶梯型流道结构参数对PEMFC氧气和水质量... 详细信息

合理的流道设计能够有效改善质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能。针对PEMFC建立了一种新型的阶梯型流道模型,并根据提出的两种实验方案进行了数值模拟实验。通过与常规型流道进行对比分析,研究了阶梯型流道结构参数对PEMFC氧气和水质量分数分布、流道内的压降和电化学特性的影响。结果表明,与常规型流道结构相比,阶梯型流道结构可以有效改善电池内氧分布和水分布的均匀性,其最高功率密度最大可以提升13.58%,但在流道内会产生较大的压降。当流道进出口高度一定时,通过增加阶梯数量可以减小PEMFC阴极流道内的压降,最大可降低24.9%。

关键词：车辆工程质子交换膜燃料电池阶梯流道数值模拟燃料电池性能

BaCeO3基固体电解质离子导电性及其燃料电池性能研究

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BaCeO3基固体电解质离子导电性及其燃料电池性能研究

作者：仇立干苏州大学

学位级别：硕士

本论文选择BaCeYO和BaCeSmO3-α(x＜1，=1，＞1)这两个系列作为研究对象，用高温固相反应法合成了这两个系列的14个高密度的固体电解质陶瓷样品。用粉末X—射线衍射法鉴定它们的结晶相;用气体浓差电池法研究了掺杂稀土离子、温度(600—1... 详细信息

本论文选择BaCeYO和BaCeSmO3-α(x＜1，=1，＞1)这两个系列作为研究对象，用高温固相反应法合成了这两个系列的14个高密度的固体电解质陶瓷样品。用粉末X—射线衍射法鉴定它们的结晶相;用气体浓差电池法研究了掺杂稀土离子、温度(600—1000℃范围)、实验气氛对样品离子导电性的影响;研究了样品的氢一空气燃料电池放电性能。结果表明：这些陶瓷样品均为斜方钙钛矿结构;在高温、氢气气氛下，前一系列几乎是纯粹的质子导体，而后一系列的质子导电性则较前者弱。在高温、氧气气氛下均是氧离子和电子的混合导体;以这些陶瓷样品作固体电解质，Pt或Pt—Rh合金作电极材料组成的氢一空气燃料电池都具有稳定的放电性能，但它们的短路电流密度和输出功率密度相差很大。总体上讲，前一系列高于相应的后一系列。而在前一系列中又以样品BaCeYO的电学性能最高，在1000℃下，其短路电流密度和最大输出功率密度分别为435mA·cm，0.11W·cm。

关键词：固体电解质气体浓差电池质子导电体氧离子导电性燃料电池性能

酸性离子液体[SO_3H-Bmim]HSO_4作电解质的甲醇燃料电池性能研究

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工业催化 2017年第10期25卷 64-69页

作者：薛慧婷冯志陈力王远洋太原科技大学化学与生物工程学院山西太原030021

采用两步法合成了1-磺酸丁基-3甲基咪唑硫酸氢盐([SO_3H-Bmim]HSO_4)酸性离子液体,对其红外光谱结构和电导率进行表征;同时采用不锈钢材料制作了燃料电池的壳体,并制备了阳极和阴极材料,与[SO_3H-Bmim]HSO_4电解质一起组装成燃料单电池... 详细信息

采用两步法合成了1-磺酸丁基-3甲基咪唑硫酸氢盐([SO_3H-Bmim]HSO_4)酸性离子液体,对其红外光谱结构和电导率进行表征;同时采用不锈钢材料制作了燃料电池的壳体,并制备了阳极和阴极材料,与[SO_3H-Bmim]HSO_4电解质一起组装成燃料单电池。以甲醇为燃料、空气为氧源在80℃采用伏安法测定了燃料电池的性能,其功率密度达到0.19 m W·cm^(-2),有望为甲醇燃料电池实际利用开辟新途径。

关键词：酸性离子液体电解质甲醇燃料电池燃料电池性能

基于约束的神经网络燃料电池性能预测模型对比分析

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汽车与配件 2022年第14期 64-71页

作者：叶涵琦王要娟朱皓民张若婧上海机动车检测认证技术研究中心有限公司上海智能新能源汽车科创功能平台有限公司

本文基于功率为4.5k W燃料电池堆台架耐久试验数据,总结燃料电池堆电压衰减规律,并参考国内外研究成果,提出了用于优化神经网络燃料电池堆性能预测模型的三个约束条件,分别构建基于该约束条件下BP神经网络模型和ELMAN神经网络模型,并进... 详细信息

本文基于功率为4.5k W燃料电池堆台架耐久试验数据,总结燃料电池堆电压衰减规律,并参考国内外研究成果,提出了用于优化神经网络燃料电池堆性能预测模型的三个约束条件,分别构建基于该约束条件下BP神经网络模型和ELMAN神经网络模型,并进行对比分析。预测结果表明,约束条件在保证预测精度的同时,能有效提升网络训练结果的稳定性,保证模型每次都能做出符合燃料电池衰减规律的预测。

关键词：燃料电池堆电压衰减 BP神经网络模型神经网络性能预测模型燃料电池性能约束条件衰减规律

车用氢燃料电池系统性能测试评价标准体系分析

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汽车实用技术 2023年第5期48卷 194-198页

作者：郭森杰杨燕红姚露张春锋王勇西华大学汽车测控与安全四川省重点实验室四川成都610039 西华大学汽车与交通学院四川成都610039 西华大学四川智能及新能源汽车产业学院四川成都610039

为了进一步推动车用氢燃料电池系统性能测试标准的完善统一,促进全国车用燃料电池行业标准体系的全面发展。文章分析了国内外各种应用场景下的氢燃料电池性能测试相关标准,提炼出可用于车用氢燃料电池系统性能测试的相关试验标准。通过... 详细信息

为了进一步推动车用氢燃料电池系统性能测试标准的完善统一,促进全国车用燃料电池行业标准体系的全面发展。文章分析了国内外各种应用场景下的氢燃料电池性能测试相关标准,提炼出可用于车用氢燃料电池系统性能测试的相关试验标准。通过对比各标准中性能测试的试验方法及评价指标,分析各标准对车用场景下的氢燃料电池性能测试适用性,提出较为全面的车用氢燃料电池系统性能测试评价标准建议。

关键词：燃料电池性能氢燃料电池性能测试标准评价

Pt/C改性的质子交换膜在燃料电池中的应用

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电化学 2015年第3期21卷 273-278页

作者：崔智王超沈水云蒋峰景章俊良上海交通大学燃料电池研究所上海200240

氢氧燃料电池的性能与质子交换膜的性能密切相关.在燃料电池运行过程中,反应生成的水和加湿气体所含水的扩散渗透与膜内质子拖拽共同作用实现膜中水的平衡,影响膜的欧姆电阻,进而影响电池性能.本文通过掺杂Pt/C对质子膜进行改性,并测试... 详细信息

氢氧燃料电池的性能与质子交换膜的性能密切相关.在燃料电池运行过程中,反应生成的水和加湿气体所含水的扩散渗透与膜内质子拖拽共同作用实现膜中水的平衡,影响膜的欧姆电阻,进而影响电池性能.本文通过掺杂Pt/C对质子膜进行改性,并测试了改性膜的交流阻抗、吸水特性等物理性质和单电池性能及高频阻抗,说明由膜中的Pt/C催化剂原位催化渗透到膜中的氢气和氧气反应生成水,改善了电池低湿度运行时膜的含水率,从而降低膜电阻,提升电池性能.

关键词：质子交换膜燃料电池性能相对湿度高频阻抗

燃料电池用碳氢聚合物质子交换膜材料研究进展

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化工新型材料 2011年第2期39卷 4-6,106页

作者：范青如张昊曾园郭晓霞房建华冈本健一江苏高朗环境科技有限公司南通226007 上海交通大学化学化工学院上海200240 山口大学工学部

以我们在磺化聚酰亚胺和磺化聚硫醚砜方面的研究工作为基础,简要介绍了近年来燃料电池用碳氢聚合物质子交换膜的研究进展,包括各种材料的制备和性能(质子导电率、耐水性、尺寸稳定性、吸水率、甲醇透过率等)研究。此外,还介绍了我们最... 详细信息

以我们在磺化聚酰亚胺和磺化聚硫醚砜方面的研究工作为基础,简要介绍了近年来燃料电池用碳氢聚合物质子交换膜的研究进展,包括各种材料的制备和性能(质子导电率、耐水性、尺寸稳定性、吸水率、甲醇透过率等)研究。此外,还介绍了我们最近发明的一种独特的交联方法,用这种方法所制得的磺化聚酰亚胺和磺化聚硫醚砜交联膜装在单电池上显示出良好的发电性能(与Nafion相当或更好)和长期使用稳定性(单电池连续运转1600h性能未发生任何衰减),具有良好的应用前景。另外,还就燃料电池用质子交换膜材料普遍存在的一些问题及相应的对策进行了探讨。

关键词：质子交换膜磺化碳氢聚合物质子导电率燃料电池性能

燃料电池质子拖拽引起的失水现象及增强保湿能力的改性膜研究

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燃料电池质子拖拽引起的失水现象及增强保湿能力的改性膜研究

作者：崔智上海交通大学

学位级别：硕士

当前传统能源石油能源越来越稀少,大量新能源形式涌现出来。这其中就包括了质子交换膜燃料电池,燃料电池以其紧凑的结构,良好的功率密度,环境友好的特点吸引了较多众多企业的关注,尤其是汽车,移动电源领域。同时,有关燃料电池的研究工... 详细信息

当前传统能源石油能源越来越稀少,大量新能源形式涌现出来。这其中就包括了质子交换膜燃料电池,燃料电池以其紧凑的结构,良好的功率密度,环境友好的特点吸引了较多众多企业的关注,尤其是汽车,移动电源领域。同时,有关燃料电池的研究工作也成为了学术热点。但是,燃料电池在运行过程中依然有众多问题,其中随水含量变化的质子交换膜导电率,就是影响燃料电池性能的一个关键因素。为了有效的解决这一问题,本文中对质子交换膜中水传输机理进行了理论和实验的研究,并提出了制备含有Pt颗粒的改性膜的方法来改善电解质膜的水环境,达到降低电阻率,提高性能的目的。文章中主要内容分为以下部分:首先,文章中对质子交换膜中的水传输机理作了深入介绍和实验研究,其中第二章通过对燃料电池中物质传输现象和电荷传输现象的整体介绍之后,结合这两点引出兼有两种传输的水传输现象,并研究分析了质子拖拽现象和扩散现象对水传输的影响,再延伸到质子交换膜中的水含量改变之后,对质子交换膜高频阻抗的影响,完整地刻画了第三章中实验部分的理论基础。第三章中通过实验,确定了燃料电池在电流密度增大的过程中,高频阻抗变化趋势。由此先后测试了不同相对湿度环境下,高频阻抗和电流密度之间的关系,通过对水含量的计算考察了这一变化中质子拖拽现象的影响。且通过试验考察了质子交换膜的厚度对于高频阻抗和电流密度之间关系的影响。在经过第二章和第三章的理论和实验研究之后,第四章和第五章介绍了两种改善电解质膜的保水性能的改性质子交换膜,且对两种膜进行了一些列物理特性和单电池性能测试。第四章介绍了机械搅拌掺杂Pt/C的质子交换膜,通过SEM测试,含水率测试,环境开路高频阻抗测试确定了它的物理特性与纯Nafion质子交换膜相似。后通过单电池的测试,发现在不同的相对湿度环境下,改性膜的电池性能总要高于纯Nafion质子交换膜电池,且在环境相对湿度为65%时,性能改进最为突出。第五章介绍了通过机械掺杂四氨合硝酸铂的改性膜最终获得含有原位生长的Pt颗粒的改性膜。同样通过测试确定了其物理特性与纯Nafion质子交换膜相似。在电池性能测试中,此类改性膜在不同湿度环境下的性能也高出Nafion质子交换膜电池,但在测试相对湿度范围内没有找到性能改进最佳点。

关键词：水传输高频阻抗电流密度改性膜燃料电池性能