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[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
王泽英 陈涛 张继伟 陈金奇 冯政恒
流场对于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的燃料分布及水管理具有重要影响.该文根据银杏叶叶脉结构在双极板上设计了一种仿生结构流场.采用计算流体动力学商业软件Fluent对其峰值功率密度及内部情况进行了模拟分析.比较了分别采用该仿生流场、平行流场及五蛇流场的PEMFC在峰值功率密度、内部质量传输及电流密度分布等方面的差异,结果表明:采用仿生流场的电池峰值功率密度比平行流场高28.85%,但比五蛇流场低4.36%.由于仿生流场具有更高的气体压力,其内部反应物分布及电流密度分布比平行流场更均匀.
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
王泽英 陈涛 张继伟 陈金奇 冯政恒
流场对于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的燃料分布及水管理具有重要影响.该文根据银杏叶叶脉结构在双极板上设计了一种仿生结构流场.采用计算流体动力学商业软件Fluent对其峰值功率密度及内部情况进行了模拟分析.比较了分别采用该仿生流场、平行流场及五蛇流场的PEMFC在峰值功率密度、内部质量传输及电流密度分布等方面的差异,结果表明:采用仿生流场的电池峰值功率密度比平行流场高28.85%,但比五蛇流场低4.36%.由于仿生流场具有更高的气体压力,其内部反应物分布及电流密度分布比平行流场更均匀.
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
雷钢 卢海峰 张财志 王科 康玲
该文结合科研热点，设计了具有创新性和研究性的“高温质子交换膜燃料电池动态性能测试实验”。实验研究了阳极流动和死端模式下高温质子交换膜燃料电池在阶跃电流条件下的动态响应。从实验理论基础、实验平台搭建、性能测试方法及内容、实验结果探讨分析等方面，展示了科学研究的全过程。该实验旨在培养和提升学生的实验素养、科研能力、创新能力和实践能力。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
李跃华 裴普成 吴子尧 贾肖宁
燃料电池阴极单相流压降是进行阴极在线水管理的基准,已有研究缺少该压降的全工况模型。该文在156W单片燃料电池上发现了阴极压降随电流、过量系数变化的二次方关系,并给出影响压降的5个参数:电流、过量系数、电池温度、进气压强以及进气湿度。提出了包括这些参数在内的流量二次方模型。通过分析各工况下模型系数与实验数据的对应关系得出模型与实验数据之间偏差小于10%。该模型可应用于蛇形流道或平行流道的所有电池堆,对在线水故障诊断具有一定的参考价值。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
赵阳 王树博 李微微 谢晓峰
质子交换膜燃料电池电压损耗的定量分析,对于寻求膜电极性能的提升空间具有重要的参考意义。该文以实验室自制的膜电极为研究对象,对其内部损耗、 ohm极化、活化极化以及浓差极化依次进行了实验分析。结果表明:在阴极铂载量为0.2 mg/cm~2的膜电极中,活化极化在整体电压损耗中所占比例最高,这一现象在低温下愈发明显; ohm极化的占比最小,电流密度为1 550 mA/cm~2时,其最大值约为0.09 V;浓差极化在低电流密度区域的影响较小,在大电流密度区域以指数形式增长。经过对浓差极化的分析发现, 40%～44%的氧气扩散阻力主要来源于气体扩散层内的分子扩散阻力, 43%～50%的氧气扩散阻力主要来源于氧气穿过离聚物层到达铂表面的阻力。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
邵高鹏 张扬军
燃料电池汽车是新能源汽车发展的重要方向。离心空压机具有效率高、响应快等优点,是当前车用燃料电池空压机研发的重点。非设计工况性能差是离心空压机设计面临的主要难点。该文提出了流场偏差分析的方法,对比研究了离心空压机在非设计工况和设计工况下内部的三维流动,揭示了在非设计工况下主叶片吸力面上出现大尺度的流动分离导致非设计工况性能下降的重要因素。提出了以非设计工况和设计工况主叶片吸力面上的压力分布偏差作为离心空压机非设计工况性能优化的目标,利用正交试验法设计了不同的方案,对离心空压机的叶片后弯角、前掠角和扩压器长度进行了优化。实验结果表明:优化后的空压机在全工况上有2%的效率提升,在低流量工况下效率提升了5%,证明了流场偏差分析优化方法的有效性。
[期刊] 中国科学技术大学学报
[作者]
钟程安 周天培 张楠 陈明龙 谢友学 闫文盛 储旺盛 郑旭升 徐倩 葛建开 吴长征
开发非贵金属催化剂，特别是用于碳上铁氮(FeNC)材料的催化剂，对于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的广泛应用是一个迫切需求。然而，传统铁氮位点在酸性条件下的氧还原反应(ORR)活性较差，严重阻碍了其电池性能的进一步提高。本文通过限域的小分子合成策略，大规模合成了具有一氧化氮(NO)基团轴向修饰的FeN_4 (表示为NO-FeN_4)。得益于NO基团的强吸电子效应，与传统的FeN_4样品相比，富含电子中心FeN_4位点表现出超高的ORR活性，具有三倍高的质量活性(0.85 V时为1.1 A·g~(-1))，以及全四电子反应选择性。此外，用所制备的电催化剂组装的质子交换膜燃料电池也表现出显著增强的峰值功率密度(>725 mW·cm~(-2))。这项工作为合理设计用于氧还原的先进M-Nx非贵金属电催化剂提供了一种新的方法。
[期刊] 物流技术
[作者]
杨敏 裴向前 郑建龙
随着物流业不断发展,叉车的需求量将会越来越大。但是石油价格连年攀升,内燃叉车的使用成本越来越高,其废气污染也非常严重,内燃叉车的发展和使用受阻。蓄电池叉车解决了噪声和废气的问题,但续驶里程较短。燃料电池叉车以清洁、高效的燃料电池为动力源,克服了上述问题,是一种理想的叉车类型。
[期刊] 情报杂志
[作者]
张丰 刘啦 缪小明
[目的/意义]燃料电池由于其污染小、能量转化效率高和可靠性高等特点,逐渐成为未来新能源汽车动力技术的发展方向,研究燃料电池领域的技术发展路径对我国汽车产业的发展具有十分重要的现实意义。[方法/过程]运用主路径分析法,对19602014年燃料电池领域的技术专利进行了实证研究。[结果/结论]结果表明:质子交换膜燃料电池是近些年的研究热点;丰田和本田汽车公司在核心专利上占有优势。在此基础上,对质子交换膜燃料电池进行了技术轨迹和关键技术分析,研究显示了该技术目前的研究热点和研究方向。
关键词：
燃料电池 技术轨迹 专利数据
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
杨家培 马骁 雷体蔓 罗开红 帅石金
燃料电池流道或扩散层结构的优化是改善高电流密度下排水性能的重要措施,已有研究多集中于流道或扩散层的独立优化,缺少针对穿孔型扩散层与波浪形流道中水输运的协同优化。该文采用多松弛时间格子Boltzmann高密度比多相模型,模拟了高电流密度工况下燃料电池流道和扩散层孔隙尺度下水的输运过程,分析了扩散层中Re大小和波浪形流道角度、以及扩散层中开孔形状和位置对燃料电池水管理的影响。结果表明:对扩散层以及流道的形状进行协同优化可以更有效地提高燃料电池的排水速率;同时发现扩散层中水开始排出的时刻随着Re的增加而减小,而与波浪形流道角度、开孔形状以及位置无关。该文针对锥孔型扩散层和波浪形流道的优化对未来的燃料电池在高电流密度下的水管理优化设计具有指导意义。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
陈东方 裴普成 宋鑫
耐久性不足严重制约了锌空燃料电池的商业化发展,对电池的老化特性及机理进行实验研究和分析十分必要。该文基于电池应用时面临的单次稳定运行、长周期连续稳定运行、停机储存和周期性启停循环等主要工况提出了锌空燃料电池的耐久性测试评价方法,开展了老化实验。研究了不同工况下电池的老化特性,并结合实验结果分析了老化机理。最后,从电解液管理、延长空气电极寿命和电池管理3个方面提出了延缓电池老化的方法。实验结果表明:该文提出的耐久性测试评价方法可用于锌空燃料电池的老化特性及耐久性提升方法的研究。
关键词：
锌空燃料电池 老化 工况 机理 空气电极
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
邱云峰 方朱璐妮 于淼 马卓 宋珊珊 刘绍琴
设计了一个由科研成果转化而来的本科综合实验。该实验用聚多巴胺包覆Ti_3C_2T_x纳米片提高其水氧稳定性和生物相容性，表征其显微形貌、组成和电化学性质。利用自来水厂污泥接种混合微生物，测试电池的输出电压、功率密度、化学需氧量和生物活性等。使用裸露碳布作为对照组，通过比较分析数据，探索阳极的设计规律，鼓励学生在实验中使用自制电池处理生活污水和工业污水。采取交叉互评方式，对学生实验成绩进行评定，激发学生的科研兴趣，培养学生的批判精神和解决实际问题的能力。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
黄瑞 翁昕晨 陈俊玄 俞小莉 杨爱喜
热管理是氢燃料电池开发的一个重要课题，合适的热管理技术对提高车用氢燃料电池发动机的性能意义重大。为了获得氢燃料电池工作时的产、散热性能并对热管理控制策略进行评价，该文采用模块化的思维开发了氢燃料电池热管理测试系统，建立了氢燃料电池热管理的评估方法，能够对氢燃料电池的产、散热性能进行详细分析，进而获取氢燃料电池热管理优化的依据，同时为冷却系统的匹配设计提供可靠数据。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
陈涛 许志 任静 赵春江 刘永生
设计和搭建由光伏(PV)、燃料电池(FC)、蓄电池(Battery)和直流负载(Load)等构成的混合直流微电网系统,对系统的供电模式和能量流动方式进行优化设计,以上海地区日照强度和负载功耗为例,借助Matlab/Simulink对系统进行建模。模拟结果与实验结果吻合性较好,新型混合直流微电网系统较好地克服了光伏发电间歇性和燃料电池输出功率不稳定的影响,光伏与燃料电池搭配使整个系统具有较高的稳定性和实用性。
关键词：
太阳电池 燃料电池 直流微电网 模型仿真
[期刊] 中国科学技术大学学报
[作者]
杨倩倩 宋天威 李帅 张乐 马修远 童磊 梁海伟
石墨化碳作为质子交换膜燃料电池的阴极催化剂载体，虽然在增强催化剂抗腐蚀性方面具有显著优势，但由于其孔隙率低，缺乏缺陷结构，在石墨化碳载体上制备小尺寸Pt纳米颗粒依然面临挑战。本文报道了一种使用丙硫醇辅助浸渍法，来实现石墨化碳上Pt纳米颗粒的尺寸控制。研究表明，丙硫醇在浸渍过程中与Pt配位形成的配位络合物，在随后的热还原过程转化为硫掺杂碳涂层，从而保证了石墨化碳上小尺寸Pt纳米颗粒的合成。由于有效的尺寸控制，相比于传统浸渍法，此方法所制备的阴极催化剂具有更高的燃料电池性能。我们使用美国能源部(DOE)推荐的耐久性测试方案对所合成的催化剂进行了加速应力测试。在1.0–1.5 V电压区间循环5000圈后，所制备催化剂在1.5 A·cm~(-2)电流密度处的电压损失仅为10 mV，可以忽略不计，达到了DOE载体耐久性目标(30 mV)。
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