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PEMFC电堆快速成型建模和优化

工程热物理学报 2024年第2期45卷 368-377页

作者：刘绍俊田思思刘郭存隋邦傑武汉理工大学燃料电池湖北省重点实验室武汉430070 先进能源科学与技术广东省实验室佛山分中心佛山528000

质子交换膜燃料电池电堆中水热管理策略与电堆结构与大小息息相关,开发过程必须引进电脑辅助设计模拟工具,本文基于COMSOL软件开发了快速成型电堆二维模型,模型中考虑膜电极的零部件、双极板及冷却水槽道中的气、水、热、电的相互影响,... 详细信息

质子交换膜燃料电池电堆中水热管理策略与电堆结构与大小息息相关,开发过程必须引进电脑辅助设计模拟工具,本文基于COMSOL软件开发了快速成型电堆二维模型,模型中考虑膜电极的零部件、双极板及冷却水槽道中的气、水、热、电的相互影响,在模型中加入阴极进气和排气歧管,真实地模拟了整个电堆的气体流动分布。该模型中几何尺寸及单电池数量经过参数化,能依据设计要求快速建模并进行仿真,在进行更详细三维模拟仿真之前,为电堆设计提供初步设计方案。本文以一个10个单电池串联的二维燃料电池堆模型为例,求解了气体流道,多孔介质、电极耦合表面和固体流体传热的一整套质量、动量、组分和温度守恒方程。针对U型进气方式,分析了电池堆氧气速度、质量分数和电极耦合表面电流密度分布特点。基于该电堆模型,研究了电压,质子交换膜电导率,空气进气流速等参数对电堆水气分布的影响。模拟结果发现高电压工作,较大的质子交换膜电导率,较大的进气流速均会提高电堆性能。通过优化现有模型结构,实现了电池堆水气更均匀地分布,为燃料电池堆的进一步设计提供参考。

关键词：燃料电池堆 COMSOL 参数研究结构优化

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基于三角形腔体的菲涅尔线聚焦集热系统研究

太阳能学报 2024年第2期45卷 23-29页

作者：颜奕波胡艳鑫黄金黄子佳李浩腾广东工业大学材料与能源学院广州510006 广东省燃料电池技术重点实验室广州510641

该文设计一种基于三角形腔体的菲涅尔线聚焦集热系统,通过搭建测试平台,在实际天气条件下测试腔体有无盖板、腔体内铜管表面有无覆盖黑漆和太阳直射辐照度等因素对腔体出口温度及系统集热效率的影响。研究结果表明:光洁铜管腔体增加盖板... 详细信息

该文设计一种基于三角形腔体的菲涅尔线聚焦集热系统,通过搭建测试平台,在实际天气条件下测试腔体有无盖板、腔体内铜管表面有无覆盖黑漆和太阳直射辐照度等因素对腔体出口温度及系统集热效率的影响。研究结果表明:光洁铜管腔体增加盖板后,集热效率由22.10%增加至25.82%;而黑漆铜管腔体增加盖板后,系统集热效率由30.40%下降至29.50%。光洁铜管表面覆盖黑漆后,腔体无盖板情况下的系统集热效率由21.94%增加至34.57%;腔体有盖板情况下的系统集热效率由25.26%增加至29.91%。太阳直射辐照度对腔体出口温度波动影响显著,但对系统集热效率的影响不明显。

关键词：太阳能太阳能集热器集热器效率菲涅尔透镜腔体吸收器

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质子交换膜燃料电池电堆阳极饥饿反极的研究

高等学校化学学报 2024年第2期45卷 118-124页

作者：董文雅潘建欣郭伟武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 武汉氢能与燃料电池产业技术研究院武汉430064 佛山仙湖实验室佛山528200

目前,质子交换膜燃料电池(PEMFC)反极研究主要通过单电池完成,反极过程没有考虑相邻电池的影响,与电堆实际情况并不完全相同.本文通过控制加湿度和过量系数等测试条件分析了5片PEMFC电堆阳极在水淹和缺气情况下的饥饿反极情况.结果表明... 详细信息

目前,质子交换膜燃料电池(PEMFC)反极研究主要通过单电池完成,反极过程没有考虑相邻电池的影响,与电堆实际情况并不完全相同.本文通过控制加湿度和过量系数等测试条件分析了5片PEMFC电堆阳极在水淹和缺气情况下的饥饿反极情况.结果表明,在电堆阳极水淹情况下,反极单电池电压表现为缓慢下降到电解水平台然后迅速恢复的循环过程,性能恢复归因于水淹单电池阳极进出口压差上升使其液态水排出而氢气重新进入;在电堆阳极缺气情况下,反极单电池电压表现为迅速降低到碳腐蚀平台然后迅速恢复的循环过程,这是由于缺气单电池的阳极进出口压差下降使电堆内氢气重新分配.缺气反极电池电压会降低到碳腐蚀平台,因此会对电池性能造成不可逆的损害.

关键词：阳极水淹阳极缺气质子交换膜燃料电池电堆

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复合石墨双极板材料及性能的研究进展

材料工程 2024年第2期52卷 102-111页

作者：李团锋张璐瑶樊润林孟晓敏胡杨月刘聪温序晖郑俊生明平文东方电气(成都)氢燃料电池科技有限公司成都611731 同济大学新能源汽车工程中心上海201804 同济大学汽车学院上海201804 长寿命燃料电池四川省重点实验室成都611731

质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的双极板起到传递电子、分配气体、电池内水管理、支撑膜电极组件等作用,也是保证燃料电池堆低成本的关键部件。本文对双极板材料(金属、石墨和复合材料)、作用、优势及挑战进行了分析,其中复合石墨双极板... 详细信息

质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的双极板起到传递电子、分配气体、电池内水管理、支撑膜电极组件等作用,也是保证燃料电池堆低成本的关键部件。本文对双极板材料(金属、石墨和复合材料)、作用、优势及挑战进行了分析,其中复合石墨双极板以其长寿命和耐腐蚀的特质,具备与其他双极板竞争的优势,近年来受到高度关注;对石墨形成导电网络的相关因素(涉及填料尺寸、形态,辅助填料桥接石墨颗粒)、聚合物的成分与固化条件以及成型工艺条件对性能的影响规律进行了讨论。未来,开发具有优异综合性能的复合石墨双极板,掌握并优化聚合物结构及反应路径对其性能的平衡作用,使现有配方及成型方法适应大规模生产,将大大增强质子交换膜燃料电池在更多领域的大规模应用。

关键词：双极板石墨树脂复合材料质子交换膜燃料电池

地下煤气化合成气平管型固体氧化物燃料电池直接内重整发电特性

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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 1791-1798页

作者：桑君康王继平杨钧朱良柱官万兵中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省先进燃料电池与电解池技术重点实验室浙江宁波315200

以地下煤气化合成气为燃料,研究了平管型固体氧化物燃料电池的直接内重整发电特性。结果显示以地下煤气化合成气(加拿大的Swan Hills煤矿区)模拟组分为燃气时,在750℃下电池的最大功率密度为361.9 mW·cm^(-2),达到了相同状态下氢气燃... 详细信息

以地下煤气化合成气为燃料,研究了平管型固体氧化物燃料电池的直接内重整发电特性。结果显示以地下煤气化合成气(加拿大的Swan Hills煤矿区)模拟组分为燃气时,在750℃下电池的最大功率密度为361.9 mW·cm^(-2),达到了相同状态下氢气燃料对应性能的91.6%。在该燃料气氛下,以300 mA·cm^(-2)连续稳定运行960 h,电池的欧姆阻抗、极化阻抗分别由0.108、0.4852Ω·cm^(2)增大至0.190、0.494Ω·cm^(2),对应增长率分别为0.085、0.009Ω·cm^(2)·kh^(-1)。Raman光谱及微观结构分析结果显示,电池性能的衰减主要是由燃料孔道表面的积碳、活性阳极层的镍颗粒团聚及镍含量损耗所致,通过增加合成气中CO_(2)的含量可一定程度上抑制积碳,提高电池运行稳定性。

关键词：地下煤气化合成气稳定性固体氧化物燃料电池

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菲涅尔定向传光装置多因素交互作用研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第9期55卷 3566-3577页

作者：莫连健胡艳鑫黄金曾玥瑜颜奕波陈木生广东工业大学材料与能源学院广东广州510006 广东省燃料电池技术重点实验室广东广州510641

搭建菲涅尔定向传光装置实验平台,对菲涅尔定向传光装置集热性能进行实验探究,研究菲涅尔定向传光装置抛物反射面焦准距p、反射率ρ、传光距离L、几何聚光比Cg和接收表面吸收率α这5个结构参数及其交互作用对菲涅尔定向传光装置光学效... 详细信息

搭建菲涅尔定向传光装置实验平台,对菲涅尔定向传光装置集热性能进行实验探究,研究菲涅尔定向传光装置抛物反射面焦准距p、反射率ρ、传光距离L、几何聚光比Cg和接收表面吸收率α这5个结构参数及其交互作用对菲涅尔定向传光装置光学效率的相对影响程度,并利用光学软件TracePro对菲涅尔定向传光装置的光学性能进行仿真研究。研究结果表明:焦准距和传光距离这2个因素之间的交互作用对菲涅尔定向传光装置的光学效率具有显著影响,传光距离对菲涅尔定向传光装置的光学效率的影响最显著;正北侧全年平均光学效率最高为81.31%,正南侧全年平均光学效率最高为62.26%。

关键词：太阳能集热系统光学效率蒙特卡罗模拟数值模拟定向传光集热性能

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金属纳米晶体电催化剂的电化学合成:原理、应用与挑战

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物理化学学报 2024年第7期40卷 1-6页

作者：赵路甜郭杨格罗柳轩闫晓晖沈水云章俊良上海交通大学机械与动力工程学院燃料电池研究所上海200240 上海交通大学能源与机械工程教育部重点实验室上海200240

金属纳米晶体催化剂由于其独特的电子性质,在电化学能源转化反应中表现出优异的催化性能。为了提升催化剂的活性和耐久性,需要精确调控其晶体结构和形貌。然而,传统的制备方法往往需要严苛的条件,如高温、高压和特定的有机物,以控制晶... 详细信息

金属纳米晶体催化剂由于其独特的电子性质,在电化学能源转化反应中表现出优异的催化性能。为了提升催化剂的活性和耐久性,需要精确调控其晶体结构和形貌。然而,传统的制备方法往往需要严苛的条件,如高温、高压和特定的有机物,以控制晶体的生成和生长过程。这限制了能够合成的金属基催化剂的种类,并导致清洗复杂和有机物残留的问题。电化学方法通过电化学响应获取体系过程信息,并可以通过调控参数来调节晶体的生长。特别是非水体系的电化学方法为活泼的过渡金属催化剂提供了可行的途径。然而,电化学方法自身对体系变化的敏感性使得从小面积电极制备催化剂扩展到电极级别的催化层制备面临挑战。这涉及许多机理和方法上的变化,对相关研究提出了较大的挑战。本文基于晶体生长机理,探讨了电化学制备金属晶体的可行性,并综述了电化学沉积制备纳米级金属电催化剂的研究。最后,对电化学制备纳米级金属晶体催化剂面临的挑战进行了分析,并提出了实现更广泛应用的建议。通过电化学方法制备金属纳米晶体催化剂在提高制备的可控性、减少有机物残留等方面具有潜在的优势,但也需要克服相关技术和方法上的难题,以实现其在能源转化等领域的应用。

关键词：电化学能量转化反应纳米金属电催化剂高催化性能电化学合成晶体生长机理

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磺化共价有机框架改性壳聚糖质子交换膜的制备及其性能研究

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应用化工 2024年第4期53卷 808-813页

作者：李建全李瑶王乐天王朝武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室湖北武汉430070 武汉理工大学湖北省燃料电池重点实验室湖北武汉430070

开发低成本、高性能的质子交换膜电解质对能源转化与存储领域的发展至关重要。将磺化共价有机框架(TPBD-SO_(3)H)引入到壳聚糖(CS)基体中,制备了一系列CS/TPBD-SO_(3)H复合膜,并对其结构与性能进行了表征。结果表明:TPBD-SO_(3)H与CS之... 详细信息

开发低成本、高性能的质子交换膜电解质对能源转化与存储领域的发展至关重要。将磺化共价有机框架(TPBD-SO_(3)H)引入到壳聚糖(CS)基体中,制备了一系列CS/TPBD-SO_(3)H复合膜,并对其结构与性能进行了表征。结果表明:TPBD-SO_(3)H与CS之间能够产生交联作用,提高了复合膜的热稳定性和机械性能,其中拉伸强度达到了最高的80.2 MPa,与CS膜相比提高了201%;交联作用降低了复合膜的溶胀率,与CS膜相比下降了约40%。TPBD-SO_(3)H的孔道结构以及丰富的磺酸基团起到优化质子传输路径的作用,使复合膜的质子电导率在80℃,95%RH条件下,最高达到了24.7 mS/cm,为CS膜的2倍。

关键词：质子交换膜共价有机框架壳聚糖磺化

氢燃料电池阳极抗一氧化碳毒化催化剂的研究进展与展望

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中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 567-583页

作者：吴钊颖罗夏爽罗柳轩郭杨格沈水云章俊良上海交通大学机械与动力工程学院燃料电池研究所上海200240 上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室上海200240

氢燃料电池阳极侧通常使用铂(Pt)催化氢氧化反应(HOR),然而当前供应氢燃料电池的工业产氢气中通常含有少量的一氧化碳(CO)杂质,因此将导致Pt催化剂活性因CO中毒而降低.如何提升阳极催化剂的抗CO毒化能力是HOR研究领域的重要课题.本文介... 详细信息

氢燃料电池阳极侧通常使用铂(Pt)催化氢氧化反应(HOR),然而当前供应氢燃料电池的工业产氢气中通常含有少量的一氧化碳(CO)杂质,因此将导致Pt催化剂活性因CO中毒而降低.如何提升阳极催化剂的抗CO毒化能力是HOR研究领域的重要课题.本文介绍了抗CO毒化的Pt基催化剂的研究现状,总结了过渡金属及氧化物掺杂、催化剂表面修饰和载体调控及选择等合成策略,汇总了其他铂族金属催化剂与非贵金属催化剂的抗CO毒化研究进展,并对未来的抗CO毒化阳极HOR催化剂发展方向作出了展望.

关键词：氢燃料电池阳极反应氢氧化反应抗CO毒化电催化剂