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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

BaO改性阳极平管型固体氧化物燃料电池的直接甲醇发电特性

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硅酸盐学报 2024年

作者：秦岭李帅帆任启航杨慧文杨钧桑君康官万兵中国科学技术大学纳米科学技术学院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氢邦科技有限公司

针对甲醇燃料固体氧化物燃料电池（SOFC）镍基阳极存在的积碳问题，采用湿法浸渍对平管型SOFC的Ni/氧化钇稳定氧化锆（YSZ）阳极表面进行BaO修饰改性，提升电池的抗积碳性能。研究结果表明：在750 ℃、水碳比（摩尔比）为0.75条件下，... 详细信息

针对甲醇燃料固体氧化物燃料电池（SOFC）镍基阳极存在的积碳问题，采用湿法浸渍对平管型SOFC的Ni/氧化钇稳定氧化锆（YSZ）阳极表面进行BaO修饰改性，提升电池的抗积碳性能。研究结果表明：在750 ℃、水碳比（摩尔比）为0.75条件下，基于甲醇燃料的平管型SOFC经过BaO阳极表面改性后，在0.8 V时的功率密度由326.72 mW/cm2增加至452.87 mW/cm2。以200 mA/cm2进行恒流放电长期耐久性测试，平管型SOFC经过BaO阳极表面改性后，稳定运行时间由4 h提升至500 h，改性后的阳极表面未发现碳沉积。BaO阳极表面改性可提升电池中甲醇内重整效率，有效提高甲醇燃料SOFC的耐久性。

关键词：平管型固体氧化物燃料电池氧化锆甲醇耐久性积碳

工作电压对PEMFC膜电极衰退影响模拟研究

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化工学报 2024年第3期75卷 974-986页

作者：谭耀文姜攀星杜青余婉秋温小飞詹志刚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 燃料电池湖北省重点实验室湖北武汉430070 东海实验室浙江舟山316022

为研究长期稳定运行条件下,工作电压对质子交换膜燃料电池膜电极衰退状况的影响,建立了包含碳腐蚀、Pt氧化与溶解以及离聚物降解的PEMFC多物理场耦合模型进行数值模拟。研究结果表明:随着工作电压增加,阴极催化层中Pt溶解与碳腐蚀速率加... 详细信息

为研究长期稳定运行条件下,工作电压对质子交换膜燃料电池膜电极衰退状况的影响,建立了包含碳腐蚀、Pt氧化与溶解以及离聚物降解的PEMFC多物理场耦合模型进行数值模拟。研究结果表明:随着工作电压增加,阴极催化层中Pt溶解与碳腐蚀速率加快,500 h后Pt表面氧化的区域大幅增加,阴极催化层中团聚体半径与质子交换膜中磺酸基团浓度剧烈减小,衰退区域主要集中在阴极入口处且高电压下衰退程度急剧增加。电池在0.8 V下运行500 h后,阴极入口处阴极催化层与膜厚度显著减小,分别降低13.62%与35.30%;阴极催化层电化学活性面积和膜的离子电导率分别减小59.9%与6.9%,膜的当量质量增加7.4%,且上述指标前100 h内衰退剧烈,随后逐渐趋于平缓。可为膜电极材料设计与控制策略的优化提供参考。

关键词：质子交换膜燃料电池膜电极工作电压计算流体力学衰退模拟

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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

串联式微通道反应器中制备壬醛、9-氧代-壬酸甲酯的反应研究

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高校化学工程学报 2024年第5期 744-751页

作者：祝勤凯卢美贞曹明贺尹浩杰刘彦岑傅豪峰计建炳浙江工业大学浙江省生物燃料利用技术研究重点实验室

采用微通道反应器对壬醛(N)、9-氧代-壬酸甲酯(M)进行连续化反应的研究。以油酸甲酯(MO)为原料，搭建模块化微通道反应器，对环氧油酸甲酯(EMO)的制备及EMO裂解制备N/M的反应进行串联，在双氧水体系中，分别以浓硫酸和磷钨酸为催化剂，... 详细信息

采用微通道反应器对壬醛(N)、9-氧代-壬酸甲酯(M)进行连续化反应的研究。以油酸甲酯(MO)为原料，搭建模块化微通道反应器，对环氧油酸甲酯(EMO)的制备及EMO裂解制备N/M的反应进行串联，在双氧水体系中，分别以浓硫酸和磷钨酸为催化剂，实现EMO和N/M的连续化生产。考察了温度、催化剂用量、停留时间及水油两相进料比(体积比)对反应的影响。得到最优反应条件：MO环氧化反应温度为70℃，硫酸用量为12%(质量分数)，停留时间为10 min，水油进料比为4:1;EMO裂解反应温度为60℃，磷钨酸(PTA)用量为9%(占水相质量分数)，停留时间为9 min，水油进料比为4:1。在上述条件下，EMO收率为84.99%,N/M收率为72.89%。与间歇反应相比，其具有停留时间短、反应温度低、目标产物可模块化连续化生产等优点。

关键词：油酸甲酯环氧油酸甲酯壬醛串联微通道反应器

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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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甲醇对于PEI-SBA固态胺制备及其性能的影响

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化学试剂 2024年第3期46卷 33-38页

作者：胡海涛郑岳青林贻超宁波大学材料科学与化学工程学院浙江宁波315211 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315201

固态胺材料具有优异的二氧化碳(CO_(2))选择吸附性能,是一类潜在的CO_(2)捕集材料。作为一种重要的固态胺材料,SBA-15负载聚乙烯亚胺(PEI-SBA-15)由于原材料较为廉价且性能优异受到了大量的关注。PEI-SBA-15的制备过程需要采用甲醇溶剂... 详细信息

固态胺材料具有优异的二氧化碳(CO_(2))选择吸附性能,是一类潜在的CO_(2)捕集材料。作为一种重要的固态胺材料,SBA-15负载聚乙烯亚胺(PEI-SBA-15)由于原材料较为廉价且性能优异受到了大量的关注。PEI-SBA-15的制备过程需要采用甲醇溶剂,而溶剂使用量对于其CO_(2)吸附性能的影响尚无系统研究。系统研究了溶剂使用量对SBA-15负载聚乙烯亚胺的CO_(2)吸附性能的影响。研究结果表明,可以同时实现提升CO_(2)吸附性能和CO_(2)/N_(2)选择性和大幅降低甲醇的使用量。对于降低PEI-SBA-15的制备成本以及提升制备过程环保性具有重要意义。

关键词： SBA-15分子筛 CO_(2)吸附固态胺聚乙烯亚胺溶剂作用碳中和