燃料电池概述

燃料电池在固定与分散电站、交通运输、移动电源等方面广阔的应用前景现已受到许多研究单位和公司的广泛关注，文章简要介绍了几种主要类型燃料电池(碱性燃料电池alkaline fuel cell，AFC)、磷酸燃料电池(phosphoric acid fuel cell，PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(molten carbonate fuel cell，MCFC)、固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell，SOFC)、质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)、直接醇类燃料电池(direct alcohol fuel cell，DAFC)的特点、研究状况、市场需求和技术挑战，初步探讨了我国燃料电池研究开发的前景。     

质子交换膜燃料电池中的相关基础性问题

文章介绍了国内外质子交换膜燃料电池的最新进展，特别是在基础研究方面的进展，以促进我国质子交换膜燃料电池的基础研究。     

燃料电池极化特性曲线分析及其在实验教学中的改进

质子交换膜燃料电池是一种极具前景的清洁能源.本文介绍了质子交换膜燃料电池的工作原理和经典极化特性曲线,分析了实验教学中非理想极化特性曲线的成因,并提出了在实际教学中的改进方案.通过燃料电池极化特性曲线的学习,可以帮助学生理解燃料电池的工作机制,了解能源方向的前沿技术.     

金属燃料电池

属燃料电池 (MFC)是一类特殊的燃料电池 ,具有成本低、无毒、无污染、比功率高、比能量高等优点 .文章讨论了金属燃料电池的基本特性、结构和原理 ,综述了Al、Zn、Mg、Ca、Fe和Li燃料电池的研究进展 ,总结了它们各自存在的问题和今后进一步发展的研究方向 .     

电动汽车燃料电池电压温度参数的逆控制优化

燃料电池的温度和电压是影响电动汽车性能最关键的两个参数;由于电动汽车燃料电池的温度和电压具有较强的非线性和耦合性的特点,使得传统的线性系统理论无法适用;为此,提出一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的燃料电池逆控制优化算法;利用LS-SVM建立燃料电池逆模型,利用RLS算法对燃料电池逆模型进行校验,利用ε-滤波方法对控制器进行在线参数调节;仿真结果证明该逆控制方法能够快速准确地对燃料电池中电压和温度进行精确解耦控制,保证了电动汽车对燃料电池的性能要求。     

清华大学推广氢燃料电池城市客车

清华大学在国家“十五”863电动汽车重大专项中牵头承担了“燃料电池城市客车”项目，重点研究其中的核心技术——混合动力控制系统．清华汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室的高大威博士介绍说，氢燃料电池城市客车的工作原理，是直接把氢气转化成电能驱动车辆，不产生任何污染，其中电池的安全性能问题，也是世界性的难题．     

固体氧化物直接碳燃料电池的模型计算

直接碳燃料电池(DCFC)是直接以碳或煤为燃料的燃料电池.本文以一种以固体氧化物为电解质的固定床直接碳燃料电池为对象,基于文献中的实验数据,建立了物理模型和数学方程,求解出电池在三个特定温度下的V-I曲线以及能量转换效率,并与文献中的实验结果进行对照,验证了对固定床直接碳燃料电池的反应过程的假设,分析了电池性能的影响因素,为直接碳燃料电池的应用打下了理论基础.     

Expressions for Entropy Production Rate of Fuel Cells

基于燃料电池的一般模型,应用电化学和热力学理论导出燃料电池系统在不同条件下熵产生率的表示式．为了分析存在实际燃料电池中不可逆损失的影响,引进燃料电池的等效电路,直接将燃料电池的不可逆因子表示为内电阻、漏电阻和负载电阻的函数．进而计算燃料电池的最大输出功率和效率,讨论燃料电池的优化运行,确定负载电阻的匹配条件,从而得到一些有意义的结果．     

直接甲醇燃料电池膜及阴极模拟

本文提出一个针对直接甲醇燃料电池膜及阴极的二维、多组分稳态数学模型．模型根据直接甲醇膜燃料电池膜及阴极运行工况特性,考虑质量、动量、组分守恒以及电池中的电化学过程而建立,并应用了计算流体动力学(CFD)技术．模拟结果表明传质对直接甲醇燃料电池的性能影响很大;本文还进行了直接甲醇燃料电池阴极水管理的初步探讨．     

中温固体氧化物燃料电池的基本性质测量

介绍了固体氧化物燃料电池的工作原理,测量了中温薄膜固体氧化物燃料电池的开路电压、放电曲线及功率曲线,并分析了电池内阻随电流密度的变化.     

工作角度对燃料电池性能影响的实验研究

工作角度对燃料电池内气体与水分的流动与分布产生影响进而影响电池性能.本文通过实验的方法研究了在氧气的不同流动方向工作下工作角度对电池的性能的影响.通过分析比较,得出不同条件下电池的最佳和最差工作模式.     

质子交换膜燃料电池动态启动特性的实验研究

实际应用时燃料电池的运行条件会随时间不断地变化,因此是一个非稳态过程.本文研究了在不同的加湿条件以及反应气流量下电池的启动特性.结果表明:随着气体流量的增大,电池启动速度加快;对电池加湿有利于提高电池的启动性能.     

Fuel quality and operational issues for polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells

Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells are susceptible to degradation due to the catalyst poisoning caused by CO present in the fuel above certain limits. Although the amount of CO in the fuel may be within the permissible limit, the fuel composition (% CO₂, CH₄, CO and H₂O) and the operating conditions of the cell (level of gas humidification, cell temperature and pressure) can be such that the equilibrium CO content inside the cell may exceed the permissible limit leading to a degradation of the fuel cell performance. In this study, 50 cm² active area PEM fuel cells were operated at 55–60 °C for periods up to 250 hours to study the effect of methane, carbon dioxide and water in the hydrogen fuel mix on the cell performance (stability of voltage and power output). Furthermore, the stability of fuel cells was also studied during operation of cells in a cyclic dead end / flow through configuration, both with and without the presence of carbon dioxide in the hydrogen stream. The presence of methane up to 10% in the hydrogen stream showed a negligible degradation in the cell performance. The presence of carbon dioxide in the hydrogen stream even at 1–2% level was found to degrade the cell performance. However, this degradation was found to disappear by bleeding only about 0.2% oxygen into the fuel stream.     

质子交换膜燃料电池内传递现象的数值模拟

本文发展了一个质子交换膜燃料电池的三维数学模型,用于研究整个电池内的传递现象,模型全面考虑了流体 流动、热量传递、电化学动力学和多组分传递等物理化学过程。数值求解数学模型获得了电池内详细的温度、反应物浓度 和电流等的空间分布情况。为验证模型的正确性,将估算的电池性能与文献中的实验数据进行了比较。     

In situ observation of water distribution and behaviour in a polymer electrolyte fuel cell by synchrotron X‐ray imaging

In situ visualization of the distribution and behaviour of water in a polymer electrolyte fuel cell during power generation has been demonstrated using a synchrotron X‐ray imaging technique. Images were recorded using a CCD detector combined with a scintillator (Gd₂O₂S:Tb) and relay lens system, which were placed at 2.0 m or 2.5 m from the fuel cell. The images were measured continuously before and during power generation, and data on cell performance was recorded. The change of water distribution during power generation was obtained from X‐ray images normalized with the initial state of the fuel cell. Compared with other techniques for visualizing the water in fuel cells, this technique enables the water distribution and behaviour in the fuel cell to be visualized during power generation with high spatial resolution. In particular, the effects of the specifications of the gas diffusion layer on the cathode side of the fuel cell on the distribution of water were efficiently identified. This is a very powerful technique for investigating the mechanism of water flow within the fuel cell and the relationship between water behaviour and cell performance.     

Solid-oxide fuel cells with hydrocarbon fuels

Solid-oxide fuel cells can directly use hydrocarbon or hydrocarbon-derived fuels. Conversion efficiencies can be considerably greater than those of heat engines, with hybrid cycles in combination with heat engines and co-generation promising conversion efficiencies as high as 70%. This paper discusses the fundamental concepts of fuel cells, concentrating on the underlying chemical and electrochemical processes. Fully understanding fuel cell function requires attention to physical and chemical processes that span length scales ranging from atomistic to meter-scale systems. Beyond the electrochemistry that is responsible for electrical energy production, fuel cell function relies on chemically reacting flow, porous-media transport, and heterogeneous thermal chemistry. Especially with hydrocarbon and hydrocarbon-derived fuels, there are interesting scientific and engineering connections, and analogies with combustion science and technology.     

流道结构和几何尺寸对燃料电池性能影响的实验研究

流场板是质子交换膜燃料电池重要部件之一。本文对以氢气和氧气作为反应气体的质子交换膜电池的极化曲线进行了实验测定,研究了不同流场板结构、流场板深度和宽度对电池性能的影响．研究发现采用组合流道的电池性能最佳．     

质子交换膜燃料电池电流分布的动态响应

动态特性是理解质子交换膜燃料电池性能的重要参数之一.运用燃料电池测试系统、恒电流/恒电压多通道测试仪和燃料电池电流密度分布测试装置,试验测量了质子交换膜燃料电池在不同加湿温度、电池温度和压力下的电流分布动态响应和动态特性.研究发现:不同区域的局部电流达到新的平衡所需的时间不同;加湿温度变化时,不同区域的局部电流的变化趋...