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电池 2024年

作者：禹永帅刘永峰韩启沃张璐裴普成北京建筑大学北京市建筑安全监测工程技术研究中心清华大学汽车安全与节能国家重点实验室

燃料电池水管理的目的是维持电池内部的水平衡状态，实现长期稳定工作并保持最高输出性能。膜水含量是重要的状态参数，对电池的性能影响很大。综述质子交换膜燃料电池（PEMFC）内水的传输、形成、转化过程以及膜水含量的相关研究进展... 详细信息

燃料电池水管理的目的是维持电池内部的水平衡状态，实现长期稳定工作并保持最高输出性能。膜水含量是重要的状态参数，对电池的性能影响很大。综述质子交换膜燃料电池（PEMFC）内水的传输、形成、转化过程以及膜水含量的相关研究进展。总结目前国内外PEMFC膜水含量的测量方法，包括在线表征、数值模拟、间接法，分析膜水含量对电流密度分布、质子传导能力和膜电阻等的影响机理。对比现有研究方法和检测方法的优缺点，当下膜水含量的监测因成本、实时性和环境因素，仍具有一定的局限性和误差。建立实时监测模型维持电池内部的水平衡状态，是提升电池性能和耐久性的关键。

关键词： PEMFC 膜水含量电流密度分布质子传输膜电阻

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质子交换膜燃料电池膜中气态水管理模型

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化工学报 2006年第9期57卷 2167-2174页

作者：李曦曹广益邵庆龙朱新坚华中科技大学控制科学与工程系自动化所湖北武汉430074 上海交通大学燃料电池研究所上海200030

分析质子交换膜燃料电池的膜水含量与运行参数的关系,从工程方法的角度建立水传输模型.模型分析得到,要提高膜的水合程度,需要通过增湿反应气体.过高的增湿反应气体又会引起阴极扩散层水的泛滥,需通过调节反应气体流量来缓解水的泛滥.... 详细信息

分析质子交换膜燃料电池的膜水含量与运行参数的关系,从工程方法的角度建立水传输模型.模型分析得到,要提高膜的水合程度,需要通过增湿反应气体.过高的增湿反应气体又会引起阴极扩散层水的泛滥,需通过调节反应气体流量来缓解水的泛滥.为保证膜的高水合程度和低的阴极扩散层水的泛滥,建立了膜水含量的神经网络控制模型,为电池水管理奠定了基础.

关键词：质子交换膜燃料电池膜水含量湿度神经网络模型

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湿度环境中PEMFC结构变形与性能的数值模拟研究

湿度环境中PEMFC结构变形与性能的数值模拟研究

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作者：刘玉文天津大学

学位级别：硕士

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)被认为是最有前途的能源装换装置之一,但其本身诸如耐久性、成本和性能等一些问题仍有待解决。PEMFC工作过程中,温度和湿度会影响催化剂活性、膜力学表现、质量传输和电... 详细信息

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)被认为是最有前途的能源装换装置之一,但其本身诸如耐久性、成本和性能等一些问题仍有待解决。PEMFC工作过程中,温度和湿度会影响催化剂活性、膜力学表现、质量传输和电池性能;而且PEMFC频繁启停过程中的温湿度循环会导致催化层/膜界面出现裂纹,甚至分层,降低电池的性能。本文基于有限元模型(Finite Element Method,FEM)方法研究了不同相对湿度和液态水环境中燃料电池的结构变形。通过实验研究了质子交换膜的吸水行为,将实验获得的膨胀系数带入PEMFC全电池模型,研究了不同相对湿度和液态水环境中电池结构变形及其对膜电极的传输特性和电池性能的影响。利用COMSOL模拟了不同催化层/膜裂纹长度和裂纹位置对电池中的物质传输以及性能的影响。此外,测试了膜与催化剂涂覆膜(Catalyst Coated Membranes,CCM)的应力应变曲线,分析并获得了催化层的弹性模量。实验结果表明,随着膜在液态水内浸没时间的延长,其线应变也在不断增大,但当浸没时间达到一定程度,膜的应变会达到一个相对稳定的状态。通过拉伸实验发现,CCM的杨氏模量随应变速率的增大而增大。在较低的拉伸速率下,CCM的催化层形貌未发生明显的变化;而在较高的拉伸速率下,CCM的催化层形貌会发生变化,其表面会呈现编织状。催化层的弹性模量低于膜的弹性模量。模拟结果表明,相对湿度会影响膜的机械性能,导致膜结构发生改变和膜应力分布的不均匀,且相对湿度越大,膜产生的变形越大。相对湿度范围在30%-90%时,燃料电池在相对湿度为70%时性能表现最佳。在液态水环境中时,膜的变形量随吸水量(水含量λ)的增大而增大。在低电流密度区域,λ引起的结构变化对电池性能几乎没有影响;而在高电流密度区域,λ为12时电池的性能最佳,λ为15时电池的性能最差。催化层/膜裂纹的存在会导致电池电流密度的不均匀分布,电池的性能随着裂纹长度的增加而降低;当裂纹在靠近入口处时对电池性能影响最大,相较于无裂纹的电池电流密度下降了15.52%。

关键词：质子交换膜燃料电池相对湿度膜水含量结构变形电池性能裂纹

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车用质子交换膜燃料电池变载工况下三维、两相CFD数值模拟研究

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柳州职业技术学院学报 2020年第5期20卷 139-144页

作者：龙佳庆柳州职业技术学院汽车工程学院广西柳州545001

目前,成本和寿命是制约氢燃料电池汽车大面积商业化的重要问题,其中车用燃料电池处在变载工况是造成电池寿命衰减的主要原因。为研究变载工况电池内部动态响应机制,建立三维两相等温单体直流道燃料电池模型,在FLUENT中给定阶跃负载0.2-0... 详细信息

目前,成本和寿命是制约氢燃料电池汽车大面积商业化的重要问题,其中车用燃料电池处在变载工况是造成电池寿命衰减的主要原因。为研究变载工况电池内部动态响应机制,建立三维两相等温单体直流道燃料电池模型,在FLUENT中给定阶跃负载0.2-0.6A/cm2模拟变载工况,发现在变载瞬间单体电池电压从之前的0.743V立即下降至0.633V,随后经过12s左右质子交换膜内含水量的逐渐增加,使得电池单体电压逐渐上升至0.712V,揭示了电压的下冲量及响应时间取决于变载前后质子交换膜内含水量的重新分布。

关键词：氢燃料电池变载工况数值模拟膜水含量

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