微型自吸氧直接甲醇燃料电池的阳极极板设计研究

针对自呼吸微型直接甲醇燃料电池阴极氧气传质效率低和性能差等问题,对微型直接甲醇燃料电池阴极集流板多孔结构进行了设计和实验研究。通过建立甲醇燃料电池阴极模型,分析了集流板开孔形状和开孔率的变化对电池性能的影响,指出开孔形状对阴极电流几乎没有影响,开孔率在一定范围内变化时阴极电流变化较小。然后对得出的结果进行了实验验证。提出了一种具有平行沟道的阴极集流板多孔结构,通过对阴极氧气浓度、速度和电流密度的模拟仿真,说明了提出的结构可以有效改善氧气传质和提高电池性能。利用微精密加工技术实现了有效面积为8mm×8mm的自呼吸微型直接甲醇燃料电池,室温下测试显示,当甲醇溶液浓度为1mol/l,流速为1ml/min时,最大输出功率达到11mw/cm2,为便携式微能源系统的应用开发奠定了基础。

聚合物填料复合材料以其低廉的成本、简便的成型工艺、良好的气密性和耐腐蚀性而被认为是直接甲醇燃料电池(dmfc)双极板的适用材料之一。本文对模压成型的聚合物填料复合材料进行了测试。四探针测试仪的测试结果显示材料的导电性良好,并且沿厚度方向的电导率高于沿平面方向的电导率。模拟dmfc阳极和阴极的内部环境以检验材料的耐腐蚀性,结果表明,该材料在dmfc的工作环境中无明显腐蚀现象。材料的气密性极佳。此种复合材料满足dmfc对于低成本双极板的要求。

electrochemicalimpedancespectroscopy(eis)iswidelyusedinfuelcellimpedanceanalysis.however,forohmicresistance(rω),eishassomedisadvantagessuchaslongtestperiodandcomplexdataanalysiswithequivalentcircuits.therefore,thecurrentinterruptionmethodisexploredtomeasurethevalueofrωindirectmethanolfuelcells(dmfc)atdifferenttemperaturesandcurrentdensities.itisfoundthatrωdecreasesastemperatureincrease,anddecreasesinitiallyandthenincreasesascurrentdensityincreases.theseresultsareconsistentwiththosemeasuredbytheeistechnique.inmostcases,theohmicresistanceswithcurrentinterruption(rir)arelargerthanthosewitheis(reis),butthedifferenceissmall,intherangefrom–0.848%to5.337%.theerrorsofrirathighcurrentdensitiesarelessthanthoseofreis.ourresultsshowthattherirdataarereliableandeasytoobtaininthemeasurementofohmicresistanceindmfc.

日本利用多孔玻璃电解质开发直接甲醇燃料电池

以微机电制程制作微型燃料电池为研究基础,讨论了集电板开孔率、燃料对流方式、以及电池组装时锁紧力对性能之影响。实验结果表明,相同开孔率集电板,电池性能随集电板开孔数增加而提升;强制对流方式的单电池比较适合高电流密度输出使用,而自然对流式电池较适合低电流长时间输出使用;电池组装之锁紧力必须在不使流道结构变型的情况下增加才能有效提升其性能;由于pdms基材有比较少的积水现象,因此pdms基材单电池比硅基材更适合用在自然对流式微型燃料电池上。

微质子交换膜燃料电池是新型绿色能源的优选,双极板是其关键部件,但是微尺度下的双极板精密成形很困难,对现有成形方法提出了挑战。针对304不锈钢双极板提出了累积成形方法,即采用和流道形状对应的微模头对金属板料进行下压,按照流道走向和成形轨迹对板料进行局部变形和挤压的累积作用,达到实现整个双极板成形的目的。同时进行了累积成形的成形过程研究,分析了直流道形状的304不锈钢双极板的成形规律,获得了不同垂直下压量情况下的板厚变化和流道深度回弹率的影响规律。

建立了联合系统的太阳能光伏阵列、燃料电池、电解槽、蓄电池等模块的数学模型,并对每个模块进行matlab/simulink仿真模拟,重点模拟了在1kw光伏条件下,蓄电池、燃料电池以不同功率(0w/1000w,200w/800w,500w/500w,800w/200w,1000w/0w)分配时,输出功率特性以及各个情况下的费用问题,并通过实验进行验证,可知蓄电池、燃料电池按照200w/800w功率分配时,其效率、费用总体优于其他方案。

韩国开发出微型燃料电池

固体氧化物燃料电池(sofc)利用金属陶瓷作阳极材料,具有能量转换效率高、燃料适用性强和无腐蚀等优点,是当今一种先进的能量转换装置。本文分析了固体氧化物燃料电池在电解质和电极材料方面的性能和特点,研究了金属陶瓷阳极材料及sofc单电池的伏安特性和性能,探讨了固体氧化物燃料电池的应用和发展前景。

燃料电池课件 (2)

燃料电池课件

陶瓷燃料电池

以热塑性聚丙烯树脂(pp),天然鳞片石墨(ng)为主要原料,采用模压工艺制备了ng/pp复合双极板,考察了不同模压压力、模压时间对双极板性能的影响。

今年1月,社交媒体上流传着电池续航时间达到一周的iphone亮相ces（国际消费电子展）的消息,以及续航时间是电池型号6倍的氢燃料电池无人机的图片,这表明智能手机和笔记本电源系统即将迎来燃料电池革命。这两则消息的中心是一项神奇的能源技术：微型燃料电池。

双极板是聚合物电解质膜燃料电池的关键零部件之一。不锈钢材料具有机械强度高、体相电导和热导优良,容易制成薄板并冲压加工成型的特点,满足燃料电池对高体积比功率双极板的诸多要求,但是其大规模应用还需要材料表面能在燃料电池操作条件下具有高耐腐蚀能力和低界面接触电阻。对材料进行表面改性是解决该问题的途径之一。总结了近年来不锈钢表面改性处理的研究进展,分析了氧化物基、金属基、碳/氮化物基、碳基和导电高分子基等涂层的改性效果,并对相应改性不锈钢双极板在燃料电池中的应用进行介绍。

质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面改性研究

采用改良的固相反应法制备了n(ni):n(fe)分别为8:2、6:4和5:5的ni-fe氧化物,然后与组成为70%ce_(0.8)sm_(0.2)o_(1.9)(sdc)-30%(0.53li/0.47na)_2co_3的氧化铈-碳酸盐复合物(ccc)按1:1的体积比混合作为以ccc为电解质的低温陶瓷燃料电池的复合阳极材料,并对其微结构、物相和电化学性能进行表征。结果表明:经氢气还原后该复合阳极获得良好的微结构,其中n(ni):n(fe)为8:2的复合阳极的孔隙分布最均匀;以氢气为燃料时,采用nife-ccc复合阳极和ccc电解质的单电池表现出优异的性能,其中采用n(ni):n(fe)为8:2的复合阳极的燃料电池性能最佳,在600℃下输出功率密度高达0.724w·cm~(-2),以甲醇为燃料时,采用该复合阳极的燃料电池在600℃下的输出功率密度达到0.387w·cm~(-2)。

固体氧化物燃料电池封接玻璃在初期必须具备一定的流动性以便有效形成封接,进而保持足够的机械强度。它的热膨胀系数必须与燃料电池的其它部件相匹配,还需要具有化学稳定性。通过对研制的80多个逆性硅酸盐玻璃成分的分析,获得了成分-性能的一些规律:b2o3能够降低玻璃的软化温度和玻璃转变温度;zno通过拓宽玻璃转变温度和结晶温度之间的温度范围而改善封接性能,如zn/si比为0.7的成分可以获得230℃的温度范围;逆性玻璃的热膨胀系数取决于网络配体的平均势场强度,如加入bao因为其较小的势场强度而提高玻璃的热膨胀系数,而加入势场强度较大的zno则呈现相反趋势。

采用真空浸渍结合模压的方法,选取乙烯基酯树脂(ve)和膨胀石墨(eg)板材为原料制备复合双极板。考察了微观结构以及成型压力对双极板材料的导电性能、密封性能、机械性能以及表面亲/憎水性的影响。结果表明:随着成型压力的增加,双极板的电阻下降;双极板的气体密封性优异,其渗透率低于2×10-6cm~3/(s·cm~2),相对于原始eg板材降低了3个数量级;复合双极板有很高的表面能,与水的接触角均大于90°,这有利于电池内部液态水的排出。此外还研究了双极板在模拟燃料电池环境下的腐蚀行为,并利用性能最优的复合双极板组装成单电池,进行性能测试,当电流密度达到1500ma/cm~2时,其功率密度可达到最大值670mw/cm~2。并且经200h运行后,电池性能仍然稳定。因此,乙烯基酯树脂/膨胀石墨复合材料是一种有前景的双极板材料。

叙述了一种实用的燃料电池广义内阻在线测量方法。此方法是一种软测量方法,计算简单,并根据电堆实际运行情况,对模型进行在线校正,因此所获得的广义内阻及其模型包含电堆运行的实时信息,便于对电堆进行实时控制、故障检测和工程电路分析。

采用玻璃水淬和粉末烧结技术制备了mgo-cao-al2o3-sio2微晶玻璃,用作封接材料;并对其差热性能(dta)、晶相结构(xrd)和热膨胀性进行了测试分析。结果表明:玻璃系统中随着氧化钙逐步替换氧化镁,其热膨胀系数在2.0-3.1×10-6k-1之间;当氧化镁与氧化钙质量比为12:4时,玻璃的析晶活化能最小,为263.3kj/mol;讨论了热膨胀系数对微晶玻璃结构的依赖关系。

综述了镓酸镧基陶瓷燃料电池电极材料的研究进展,对目前广泛研究的ni负极材料研究中存在的问题和改进研究进行了详细的介绍,评述了掺杂lamno3等正极材料与镓酸镧电解质的化学相容性以及今后电极材料的发展方向．