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[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]
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] 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]
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] 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] 实验技术与管理
[作者]
乔金硕 张琪 陈湘君 翟雪 孙旺
为优化直接乙醇燃料电池的阴极催化剂，该文采用化学还原一步法分别制备出以活性炭、纳米碳和多壁碳纳米管为载体的Pt/C催化剂，研究了载体对催化剂性能的影响，并确定纳米碳为最优载体。以纳米碳为载体，采用相同工艺制备出具有核壳结构的Pt-Fe和Pt-Co合金催化剂，将其与Pt/纳米碳催化剂进行对比分析，探究了Fe、Co两种过渡金属对催化剂氧还原性能、稳定性等的影响，最终获得性能优于商业Pt/C催化剂的Pt-Fe/纳米碳合金催化剂。改进了电极制备及单电池装配工艺，提高了电池性能和实验成功率。
[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]
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]
杨广武 程元壮 田忠诚 王荣明
近年来，太阳能产业发展迅速，对高素质人才的需求日趋增长。为加快培养“专业基础实、实践能力强、综合素质高、职业适应快”的应用型本科人才，在大量科研和实践的基础上，围绕“理论、操作、仪器”三方面培养目标，通过合并、简化实验环节，提取、切分核心内容，将原本过程复杂、流程烦琐、研究方法多样的钛矿太阳能电池研究设计为适于为本科生开展的实验教学项目，使其涵盖材料制备、器件组装、材料表征与性能测试等多种主要的训练内容和实验方法，打造了一项内容新颖前沿、对基本实验技能和综合应用能力要求较高的综合性实验项目，提高了学生的综合能力和实践能力。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
常国峰 李玉洋 季运康
为保证燃料电池汽车动力系统综合测试环境舱的安全运行,对舱内进行了氢气主动和被动安全设计。环境舱内的辅助设施均采用防爆设计。在舱内顶部角落安装两个氢气检测报警器,成对角位置分布。氢气报警器经过标准气体标定以及舱内释放氢气检测,均能快速准确检测氢气浓度。环境舱内燃料电池阴极侧的高氢尾气和泄漏的氢气分别采用尾气排放系统和排风系统,将含有高浓度氢气的气体排出实验室外。环境舱的氢安全设计满足燃料电池汽车动力系统综合测试环境舱的氢安全要求。
[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] 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] 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] 实验技术与管理
[作者]
马跃 林蔚然 姚越 王陈鹏 杨华政 蔡思 郭劲 赵小波 陶涛 姚英邦 鲁圣国 梁波
该文提出一种用于本科教学实验的甲醇蒸汽重整制氢（MSR）和微管式固体氧化物燃料电池（MTSOFC）教学演示仪。阳极支撑型MTSOFC和MSR催化剂分别使用挤出成型-浸浆工艺和液相合成法制备。结合扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）表征MTSOFC和MSR催化剂材料特性，并使用色谱、电子负载分析本教学演示仪器的功能特性。纳米铜修饰的氧化锌MSR催化剂，在防止碳沉积的同时，其氢气选择率>40%。便携式教学演示仪使用的MTSOFC以甲醇重整合成气为原料，在720℃操作时，最大输出功率密度（MPD）为0.53 W·cm–2。本仪器还配制了额外的扩展接线柱，学生可根据其他应用场景，展示燃料电池的功率特性。
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