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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

超支化芘基聚芳基哌啶阴离子交换膜及其碱性电解水应用

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功能高分子学报 2024年第4期37卷 277-286页

作者：房梓榆刘莹莹陆陈宝朱金辉柯长春庄小东上海交通大学化学化工学院金属基复合材料国家重点实验室上海市电气绝缘与热老化重点实验室上海200240 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 上海交通大学张江高等研究院变革性分子前沿科学中心二维软物质研究室上海201203

以芘(py)为支化基团,基于对三联苯(TP)和N-甲基-4-哌啶酮(NM4P)单体,经强酸催化聚合得到超支化芘基聚三联苯哌啶聚合物(h-PTPE-py-n)。通过调整支化基团和三联苯的比例,可以得到不同支化度的超支化聚三联苯哌啶阴离子交换膜h-PTP-py-n... 详细信息

以芘(py)为支化基团,基于对三联苯(TP)和N-甲基-4-哌啶酮(NM4P)单体,经强酸催化聚合得到超支化芘基聚三联苯哌啶聚合物(h-PTPE-py-n)。通过调整支化基团和三联苯的比例,可以得到不同支化度的超支化聚三联苯哌啶阴离子交换膜h-PTP-py-n。对该聚合物的化学结构、热性能、力学性能、离子传导性质进行了系统表征和测试,并将该类型膜应用于阴离子交换膜电解水(AEMWE)器件,评估其在实际工况下的运行基本表现。结果表明,芘引入导致的支化有效提高了阴离子交换膜的力学性能和尺寸稳定性,所制得的阴离子交换膜在80℃下的氢氧根离子传导率最高达到168.0 mS/cm,应用到AEMWE中时,h-PTP-py-n展示出了优异的导电性,在3 V条件下电流密度达到1.95 A/cm^(2),并且能稳定运行超过90 h。

关键词：阴离子交换膜超支化结构碱性电解水聚芳基哌啶芘

基于模糊逻辑的飞机电推进系统能量管理策略研究

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推进技术 2024年第3期45卷 232-242页

作者：何燎磊陈方上海交通大学航空航天学院上海200240

为了提升飞机电推进动力系统的关键性能,需要设计和优化内部能量管理控制策略并实现功率合理分配。本文基于MATLAB/Simulink平台,建立了电推进动力系统仿真模型,并在能量管理系统模块中提出了基于模糊逻辑的能量管理策略(EMS),其用于动... 详细信息

为了提升飞机电推进动力系统的关键性能,需要设计和优化内部能量管理控制策略并实现功率合理分配。本文基于MATLAB/Simulink平台,建立了电推进动力系统仿真模型,并在能量管理系统模块中提出了基于模糊逻辑的能量管理策略(EMS),其用于动力系统内部的功率分配和控制。针对从滑跑直到巡航稳定点的飞行任务段,对电推进动力系统进行了时段级仿真实验,研究了氢气消耗量等量化指标的表现。在此基础之上,基于遗传算法的优化方法,对模糊控制系统的隶属度函数参数进行了寻优。计算结果表明,在本文基于模糊逻辑的EMS作用下电推进动力系统的氢气消耗量减少9.27%,而且氢燃料电池功率波动剧烈程度减少25.11%;优化后,主指标氢气消耗量进一步减少6.5%,同时次要指标的变化被约束。

关键词：电推进能量管理策略氢燃料电池模糊逻辑设计优化方法

火焰法与喷雾干燥法共合成固体氧化物燃料电池阴极La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3–δ)–Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2–δ)的微观结构与性能分析

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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 1810-1819页

作者：王天齐相龙凯高展张毅然倪娜屠恒勇朱磊黄震上海交通大学国家电投智慧能源创新学院上海200240 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

实现阴极结构的纳米化以提升电极三相界面长度,是提升固体氧化物燃料电池(SOFC)性能的有效途径。基于火焰喷雾热解法和喷雾干燥法,分别一步法合成纳米级和亚微米级的La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3-δ)-Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2-δ)复相材料。将2... 详细信息

实现阴极结构的纳米化以提升电极三相界面长度,是提升固体氧化物燃料电池(SOFC)性能的有效途径。基于火焰喷雾热解法和喷雾干燥法,分别一步法合成纳米级和亚微米级的La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3-δ)-Ce_(0.8)Gd_(0.2)O_(2-δ)复相材料。将2种粒径范围材料按照不同质量比混合,制成氧化钇部分稳定氧化锆电解质支撑的固体氧化物燃料电池的阴极,并系统分析电池性能与结构特征。结果表明,喷雾干燥合成材料与火焰喷雾热解合成材料的质量比为70:30时,SOFC电化学性能最优,850℃时最大功率密度为0.47 W/cm^(2),面电阻为0.62Ω·cm^(2),相应的欧姆阻抗和极化阻抗为0.36Ω·cm^(2)和0.26Ω·cm^(2)。实验证明,混合不同粒径颗粒制成的SOFC阴极,可有效构建电子–离子导通网络,并形成更多的三相界面和反应活性位点,从而获得较好的电化学性能。本研究为固体氧化物燃料电池阴极材料微观结构和性能优化提供了新的思路。

关键词：固体氧化物燃料电池火焰喷雾热解法喷雾干燥法阴极弛豫时间分布法

基于反应状态原位测试的空冷型燃料电池运行参数分析

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上海交通大学学报 2024年第3期58卷 253-262页

作者：陈敏学邱殿凯彭林法上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

空冷型质子交换膜燃料电池内部反应状态是影响电池输出性能和稳定性的关键因素.通过研制空冷燃料电池反应状态的原位测试装置,实现电池温度和电流密度的实时测量,揭示氢气出口脉排间隔、氢气入口气压和阴极风速对电池性能的影响机制.研... 详细信息

空冷型质子交换膜燃料电池内部反应状态是影响电池输出性能和稳定性的关键因素.通过研制空冷燃料电池反应状态的原位测试装置,实现电池温度和电流密度的实时测量,揭示氢气出口脉排间隔、氢气入口气压和阴极风速对电池性能的影响机制.研究表明:空冷电池中温度和电流密度分布不均,平均电流密度为500 mA/cm^(2)时,电池内温度极差达到20℃,电流密度极差达到400 mA/cm^(2).氢气出口脉排间隔越短、入口气压越大,氢气出口区域性能越好,分布均匀性越好,电流密度波动也越小,输出稳定性提高.如果阴极风速过低,电池局部温度高,温度分布均匀性降低;风速过高则导致生成水被吹走,质子膜含水量下降,电流密度分布均匀性变差.

关键词：质子交换膜燃料电池空气冷却运行参数原位实验

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固体氧化物燃料电池金属连接体研究进展

中国腐蚀与防护学报 2024年

作者：董子烨吴毅恒卢翀沈朝曾小勤上海交通大学材料科学与工程学院上海交通大学分析测试中心

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种全固态燃料电池，连接体作为其中的关键组成部分，显著影响电池的性能。早期的连接体采用陶瓷材料制作，其高昂的成本和较高的电阻阻碍了电池的发展。随着电池工作温度的降低（550-800℃），金属材料... 详细信息

固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种全固态燃料电池，连接体作为其中的关键组成部分，显著影响电池的性能。早期的连接体采用陶瓷材料制作，其高昂的成本和较高的电阻阻碍了电池的发展。随着电池工作温度的降低（550-800℃），金属材料取代陶瓷材料成为可能。铁素体不锈钢（FSS）凭借其低成本、良好的机械加工性能、高温下较好的耐腐蚀能力等优点，成为连接体候选材料，但其性能仍需进一步优化。本文综述了550-800℃SOFC连接体材料研究现状，重点介绍了FSS以及表面改性FSS的研究情况，比较了预氧化和各类涂层改性FSS的优缺点，并对连接体材料的研究方向进行了展望。

关键词：固体氧化物燃料电池金属连接体抗氧化性能表面涂层

基于SOFC-GT的长江流域货船推进系统特性分析

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船舶工程 2024年第5期46卷 56-67页

作者：颜睿康米希聪吕小静翁一武上海交通大学中英国际低碳学院上海200240 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为了探索柴油燃料在船舶航运中的清洁化利用的新路径,建立基于固体氧化物燃料电池-燃气轮机(SOFC-GT)混合动力系统的船舶推进系统,结合柴油的裂解和重整以及各部件安全运行边界约束,研究工作参数对混合动力系统性能的影响,得到不同航道... 详细信息

为了探索柴油燃料在船舶航运中的清洁化利用的新路径,建立基于固体氧化物燃料电池-燃气轮机(SOFC-GT)混合动力系统的船舶推进系统,结合柴油的裂解和重整以及各部件安全运行边界约束,研究工作参数对混合动力系统性能的影响,得到不同航道水流速、风速以及航行速度下混合动力系统运行规律。结果表明:在额定工况下,该船舶SOFC-GT推进系统功率为2458k W,燃料消耗为0.092 kg/s,效率可达56.33%。采用阳极再循环可将系统的效率提高9.91%,但为了避免SOFC工作温度过高,再循环比不能超过0.45。燃空比和水碳比的安全调节范围分别为0.0295~0.0677和1.6~3.5,SOFC-GT系统在安全区域内功率的上下限分别为460.6 kW~1 229.0 kW和1 007.0 kW~1 178.0 kW,取得上下限时的系统效率分别为49.09%~56.41%和47.69%~56.82%,可以实现宽工况调节。货船SOFC-GT推进系统相比传统柴油机,在长江流域不同水流速度、风速和航行速度下,展现出更高的效率和续航能力,效率提升可达15.5%。

关键词：船舶推进系统固体氧化物燃料电池-燃气轮机阳极再循环回路宽工况调节

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PEMFC分布式发电系统动态协调控制仿真

热能动力工程 2006年第1期21卷 75-79,95页

作者：张颖颖曹广益朱新坚上海交通大学电信学院自动化系燃料电池研究所上海200030

对为建筑提供热电联供的60 kW PEMFC分布式发电系统进行研究,并根据物质的动态流动和电化学反应过程建立了发电系统模型,针对系统对发电效率和稳定运行的要求,以及多参数非线性强动态耦合的特点,对系统的控制设计不再强调某个参数,而是... 详细信息

对为建筑提供热电联供的60 kW PEMFC分布式发电系统进行研究,并根据物质的动态流动和电化学反应过程建立了发电系统模型,针对系统对发电效率和稳定运行的要求,以及多参数非线性强动态耦合的特点,对系统的控制设计不再强调某个参数,而是着眼于整个系统的协调运行。模拟15个家庭一天典型的电能需求进行了系统的动态仿真实验,实验结果说明,提出的系统控制方案可行,工作点的优化搜索能够使系统良好的响应实时负载,单神经元PI解耦控制器则使系统始终在理想的压力和湿度条件下稳定运行。这些将为系统的进一步优化设计和开发应用提供指导。

关键词：质子交换膜燃料电池(PEMFC) 分布式发电动态仿真协调控制单神经元PI解耦控制优化搜索

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一体式再生燃料电池的研究进展与展望

科学通报 2024年

作者：邱殿凯刘洋张忠豪郭孟迪杨淼彭林法上海交通大学机械与动力工程学院

一体式再生燃料电池(unitized regenerative fuel cell, URFC)在同一装置内集成了燃料电池(fuel cell, FC)发电和水电解(water electrolyzer, WE)制氢双功能,具有高比能量、高能量转换率、清洁高效等优势.随着氢能的发展,URFC在储供能... 详细信息

一体式再生燃料电池(unitized regenerative fuel cell, URFC)在同一装置内集成了燃料电池(fuel cell, FC)发电和水电解(water electrolyzer, WE)制氢双功能,具有高比能量、高能量转换率、清洁高效等优势.随着氢能的发展,URFC在储供能、长时动力系统、空间电源等领域极具应用价值.然而, URFC规模化应用存在诸多瓶颈,如双工作模式往返效率低、催化剂贵金属载量高、性能衰减快和运行不稳定,主要原因是关于URFC的研究尚在起步阶段,对于URFC反应机制和水热管理调控仍不明确.本文从URFC工作原理及分类出发,重点关注恒定气体构型URFC的部件及材料研究进展,阐述双功能模式对催化剂、多孔传输层和极板的材料、结构和寿命的影响机制,分析两种工作模式带来的水气传输规律及模式切换需求,旨在为提升URFC综合性能提供方法指导.本文系统地对URFC双功能部件的研究进展进行总结,并对未来高功率、高效率的URFC发展进行展望.

关键词：一体式再生燃料电池发电模式电解模式双功能双极板水气传输