直接甲醇燃料电池三通道蛇形阳极流场两相流研究

本文针对配备三通道蛇形阳极流场的液态进料直接甲醇燃料电池阳极两相流及电池性能开展了实验研究.液态进料的直接甲醇燃料电池阳极流床内会形成二氧化碳气泡与甲醇溶液构成的两相流系统,其两相流特性受到电池流道设计、运行工况和工作角度的影响,并同时影响燃料电池的性能.本文设计了三通道蛇形流场,通过可视化实验得到直接甲醇燃料电池三通道蛇形阳极流场内的两相流特性随电流密度变化的规律,并研究了燃料电池在不同旋转角度下的两相流特性和电池性能.实验结果表明:在不同的旋转角度下,电池都体现出较好的工作性能.     

直接甲醇燃料电池气、液相流动数值模拟

本文建立了直接甲醇燃料电池(DMFC)的二维两相模型,并重点研究阳极的两相流动和质量传递.模型考虑甲醇串流现象,定量计算了在不同电流密度下甲醇串流量的大小及其对电池工作性能的影响;模型中提出求解气、液单相流速的方法,并分别研究气、液流速对物质传递和电池性能的影响.定量分析发现:由甲醇串流产生的寄生电势导致实际开路电压值远低于理论值;在大电流密度下扩散层和催化层内的气相体积分数非常大,阻碍了液相燃料向催化层扩散,成为制约电池性能的关键因素;扩散层和催化层内存在气、液两相的反向流动,且气、液相速度分别有利于排出生成气体并推动液体燃料到达催化层;减小多孔介质的扩散率将削弱对流,恶化电池性能.     

基于电池热特性及产热行为的新型锂离子电池评价

建立了一种新的基于锂离子电池热特性及产热行为的电池性能评价方法. 通过测量一系列不同容量及电极材料的18650电池在不同充放电时间及电流下其充放电能量的变化,建立了一个包含焦耳热与极化热影响因子的表达电池在充放电过程中的能量损失的模型. 利用这种模型,计算出电池总内阻R以及极化参数′,并且对R及′在不同温度下的变化情况进行了研究,建立一个对不同电池和不同温度都适用的普适性模型.     

基于半经验模型对大面积染料敏化太阳电池性能影响因素的研究

以影响大面积染料敏化太阳电池性能的几个物理参量和几何参量为切入点, 分析了内部电阻对电池性能的影响, 针对几种构型不同的大面积电池, 建立了效率的半经验模型. 根据并联、串联、和各单元独立式串并联的大面积电池的相关物理参量和几何参量, 对电池效率进行了计算. 通过比较计算值与测试值的偏差, 分析了半经验模型的适用性. 在半经验模型的基础上, 分析了相关物理参量和几何参量对电池性能的影响. 结果表明, 在实际应用中, 通过半经验模型分析物理参量和几何参量的影响, 可以优化大面积电池的性能.     

短时微重力条件下燃料电池性能实验研究

开展了不同重力情况下燃料电池性能的实验研究.利用微重力落塔,对常重力和微重力条件下燃料电池发电时其内部的两相流动开展了可视化现场观测.对重力因素对燃料电池内部传质过程的影响进行了分析和讨论.实验结果表明:当电流密度较大时,在微重力环境中燃料电池性能较常重力环境中的有较明显下降.由于微重力条件下浮升力的消失导致气体不能及时从流道中排出,进而对直接甲醇燃料电池内的传质过程产生负面影响.     

不同进气湿度PEMFC动态响应分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作参数的影响最终要体现在对电池内传质过程的影响上。实验得到了在不同进气加湿程度下电池性能在启动工况中的变化,基于非稳态数学模型计算了不同阴极入口湿度下电池在负载渐变工况下膜内含水量和电流密度的瞬态响应,并与相应的实验工况进行了对比。     

平板式固体氧化物燃料电池多物理场耦合建模

固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)在高温下工作,影响电池性能和结构完整性的因素众多,如何能够综合考虑这些因素并准确地预测和优化电池结构与工作性能是亟待解决的问题。使用COMSOL软件建立了单个平板式固体氧化物燃料电池多场耦合有限元三维模型,考虑电化学反应、物质浓度、流体流动、传热和固体力学多物理因素共同作用下,探明了电池在工作阶段的气体摩尔分数、电流密度、温度和热应力的分布规律。结果表明,氢气和氧气的摩尔分数随着气体流动的方向逐渐降低;在电池空气入口处,电解质电流密度较大;电池温度分布不均匀并产生了较大的热应力。本文建立的SOFC多场耦合模型可为后续SOFC的研究提供分析方法和理论支持。     

不同流场下进气对质子交换膜燃料电池性能的影响

流场的结构对于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的水管理和气体的传递具有十分重要的影响,相关研究一直是燃料电池的研究热点与重点.本文以纯氧气和空气作为阴极氧化剂,通过电池的性能测试、极化曲线和电化学阻抗分析等原位实验,分析了气体的流动与传输、不同流场下的电流密度、入口反应气体浓度等条件对电池性能的影响.实验结果表明,提高...     

色散效应对聚光多结太阳电池性能的影响及优化

针对色散效应导致聚光多结太阳电池性能降低的问题,使用分布式三维等效电路模型计算高倍聚光下GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池的输出特性,通过分析电池各层的电压分布、暗电流分布以及横向电流分布,研究了不同电池尺寸下色散效应对电池性能影响的机理.结果表明:色散使多结太阳电池在局部区域的光生电流变得不匹配,随着电池尺寸的减小,局部区域之间失配的光生电流能够以横向电流的形式相互补偿,使电池整体的电流更加匹配,从而减小色散效应的影响.当电池芯片尺寸较大(20 mm×20 mm)时,色散主要降低电池的短路电流密度,色散光斑下电池的效率仅相当于无色散时的94%;当电池芯片尺寸减小到2 mm×2 mm时,短路电流密度与无色散时相等,但横向电阻降低了电池的填充因子.当电池芯片尺寸进一步减小到0.4 mm×0.4 mm时,色散与无色散光斑下电池的各项性能几乎没有差别,效率均约为34.5%,色散效应的影响可忽略不计.     

较高雷诺数下百叶窗翅片倾斜角对传热的影响

本文建立了一种百叶窗翅片的二维模型,并使用ANSYS Fluent对较高雷诺数下百叶窗翅片的不同倾斜角度对流体流动和传热的影响进行了研究.结果表明,在翅片倾斜角等于33°时,努塞尔数达到最大值,翅片的传热性能最好,在相同雷诺数下,压降随倾斜角度的增加不断增大.在相同的倾斜角度下,雷诺数增加,努塞尔数增大,但同时压降也会变大.通过相同泵功下的换热量来衡量百叶窗翅片的综合性能,得到在倾斜角为19°时,翅片的综合效能最高。     

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．     

温度对直接甲醇燃料电池动态性能的影响

利用可计算机控制的电子负载单元,本文实验研究了电池温度对液态进料直接甲醇燃料电池单体电池的稳态和动态性能的影响,并考察了该电池对电池温度变化的动态响应。实验结果表明:电池稳态性能随着电池温度的升高而提升,电池对动态负载的响应随着电池的温度的升高而变得更快和更稳定,升温过程中电池对电池温度变化的响应值要高于降温过程中对应的响应值。     

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.     

辐冷器视场角对其制冷性能的影响

本文对抛物面G型辐冷器,在水平视场角变化的情况下不同工况下的制冷性能进行了计算。通过数值计算发现,视场角的减小导致辐冷器制冷性能的明显下降,虽然视场角影响辐冷器的因素很复杂,但最后的结果是两者呈现出良好的线性关系。其次,通过对辐冷器降温特性的研究,提出了通过改变辐冷器外壳控温方式来减小视场角变化对辐冷器制冷性能的负面影响,计算结果表明这种解决措施是非常有效的。     

采用化学链式燃烧的燃料电池联合循环及其性能分析

1课题背景高温燃料电池可与燃气轮机、蒸汽轮机等动力装置组成多重循环,实现能量的梯级利用,从整体上进一步提高能源利用率,为总能系统的发展提供了新的可行途径。氢能是一种高效、清洁、可再生的二次能源,被称为21世纪的能源。研究以氢为燃料、由高温燃料电池、燃气...     

脉动热管的结构改进及其传热特性的实验研究

通过观察脉动热管的运行过程,并分析其存在的缺点,提出对脉动热管的结构进行改进,合理匹配各通道内的 流动阻力,实现工质在热管里的稳定单向流动,以改善加热段的供液情况,提高脉动热管传热性能。并对充灌率、倾角和 通道大小对改进型脉动热管的传热性能的影响进行了实验研究。     

太阳能制氢与燃料电池的可再生发电系统

介绍了太阳能电池与燃料电池的工作过程及其技术指标，比较了两种发电系统的优缺点，并测量了燃料电池的电性能．     

操作参数对PEM燃料电池中水迁移的影响

质子膜内水分和阴极多孔电极中液态水含量是PEM燃料电池正常运行的控制因素。本文给出了一个用于研究PEM燃料电池内水迁移的稳态、等温、两相流模型。模型耦合了连续方程、动量守恒方程和物质守恒方程,以及水在质子膜中传递方程。运用试验结果验证了模型的有效性。分析模拟结果表明,增大系统操作压力、升高电池操作温度和降低加湿温度将会使质子膜中水的净迁移通量增大;增大操作压力、降低操作温度和升高加湿温度会增加阴极CTL与GDL界面上液态水含量。     

用轻油制备燃料电池燃料的技术研究

简要介绍燃料电池的基本原理及优点并比较不同燃料电池的燃料处理过程及其电极对燃料的要求。通过实验研究,探索了应用预蒸发技术和部分氧化技术处理轻油制备燃料电池燃料的效果。实验结果表明,温度和过量空气系数是影响轻油转改效果的重要因素,提高过量空气系数和升高反应器的温度能够增加转改后气体中氧和一氧化碳的体积份额。