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化工学报 2024年第5期75卷 2026-2035页

作者：王金山王世学朱禹天津大学机械工程学院天津300350 天津大学国家储能技术产教融合创新平台天津300350

通过建立高温质子交换膜燃料电池数学模型,模拟了冷却表面存在不同温差时燃料电池内热-电-质的传输特性,分析了温差对电池内温度分布、氧浓度分布、极化曲线、膜质子电导率和电流密度的影响。结果表明:膜内温度和质子电导率随着冷却表... 详细信息

通过建立高温质子交换膜燃料电池数学模型,模拟了冷却表面存在不同温差时燃料电池内热-电-质的传输特性,分析了温差对电池内温度分布、氧浓度分布、极化曲线、膜质子电导率和电流密度的影响。结果表明:膜内温度和质子电导率随着冷却表面温度的降低而降低;催化层内的局部氧浓度随着冷却表面温差(即温度梯度)的增大而增大,但电流密度受温度及反应物浓度双重因素影响,电流密度及功率密度随着温度梯度的增大而下降。当冷却表面温度梯度从0增加至0.82 K/cm时,峰值功率密度从0.578 W/cm2下降到0.523 W/cm2,下降了9.52%。控制工作电压大于0.5 V、温度梯度小于0.20 K/cm时可获得较好的电流密度均匀性。当工作电压为0.5 V,冷却表面温度梯度为0.20 K/cm时,电流密度均匀性为92.71%。

关键词：燃料电池传热传质数值模拟电流密度均匀性

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燃料电池膜电极的催化剂载量面分布非均匀设计

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：杨钦文王旭肖罡湖南大学机械与运载工程学院江西铜业技术研究院有限公司

催化剂载量的分布对燃料电池产生的平均电流密度以及电流密度均匀性有较大的影响，为提高燃料电池膜电极各处电流密度的大小以及分布的均匀性，本文使用多项式函数近似模拟催化剂载量的分布，并构建燃料电池平均电流密度和电流密度均匀... 详细信息

催化剂载量的分布对燃料电池产生的平均电流密度以及电流密度均匀性有较大的影响，为提高燃料电池膜电极各处电流密度的大小以及分布的均匀性，本文使用多项式函数近似模拟催化剂载量的分布，并构建燃料电池平均电流密度和电流密度均匀性的加权目标函数，通过数值仿真求解多项式系数与加权目标函数的映射关系进而优化分布函数。结果表明：采用优化的非均匀催化剂载量分布的燃料电池与催化剂载量均匀分布的燃料电池相比，虽然平均电流密度大小有所下降，但其电流密度均匀性提升显著。催化剂载量的非均匀面分布在提高电流密度均匀性的同时，更有利于平衡燃料电池电流密度的大小与均匀性等相关指标。

关键词：质子交换膜燃料电池非均匀催化剂载量分布电流密度均匀性平均电流密度多目标优化

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纳米孔微尺寸LED的光电性能研究

纳米孔微尺寸LED的光电性能研究

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作者：韩青原华南理工大学

学位级别：硕士

随着半导体产业的发展,发光二极管(Light-Emitting diode,LED)凭借着其高效、节能的优势逐渐取代了传统光源在生产生活中的地位。然而绿光LED的效率仅能达到60%,并且随注入电流增大的效率下降效应尤为明显。为了在绿光LED的效率上进行突... 详细信息

随着半导体产业的发展,发光二极管(Light-Emitting diode,LED)凭借着其高效、节能的优势逐渐取代了传统光源在生产生活中的地位。然而绿光LED的效率仅能达到60%,并且随注入电流增大的效率下降效应尤为明显。为了在绿光LED的效率上进行突破,本文从释放应变和增强光提取效率的角度入手,在Ga N及量子阱(Quantum Well,QW)层制备纳米孔,并测试了直径30μm、60μm、90μm三种尺寸样品的电致发光特性。经测试发现随芯片尺寸增大,样品的外量子效率增大;纳米孔周期在600nm到800nm内时,随纳米孔周期增大应变释放作用减弱,导致外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)降低。通过对光形分布的测试发现,在注入电流密度逐渐增大的过程中,光形分布趋于不均匀。为了验证纳米孔结构对光形分布的影响,本文基于有限元法,对纳米孔LED模型进行了建模仿真。首先通过光形分布实验结果与仿真对照,验证了仿真模型的正确性。通过对仿真数据的探究发现,相比于普通LED结构,纳米孔LED具有更好的有源层电流密度均匀性;对电流扩展层电阻率进行了从8×10Ω·m到2×10Ω·m的参数扫描,发现随电流扩展层电阻率降低,有源层电流分布均匀性提高;随着纳米孔周期增大,有源层电流密度均匀性变差,而在刻蚀深度超过QW后,有源层电流分布均匀性随深度变化不明显。为了提高绿光纳米孔LED的发光效率,本文通过在纳米孔中使用快速退火的方法引入氧化银散射颗粒。经测试发现,在引入了氧化银散射颗粒后,具有氧化银颗粒的纳米孔LED相比于普通纳米孔LED,外量子效率有了1.5倍的提升。而后基于时域有限差分法对有散射颗粒的纳米孔LED进行了光提取效率的仿真分析。发现在氧化银颗粒的尺寸及分布适当时,光提取效率提高约2倍。最后对带有氧化银颗粒的纳米孔LED的孔周期及侧壁刻蚀角度进行了讨论。

关键词：发光二极管纳米孔电流密度均匀性外量子效率

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