质子交换膜内缺陷及其扩展对氢气渗透的影响研究

发布时间：2020-06-23 18:20

【摘要】：PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)理论上只排放水,是没有污染物的清洁能源,对于以后能源发展也是一种趋势。标准状态下,燃料电池理论电势是1.23V,但在实际使用中的开路电压只有0.95V~1.05V,其主要原因是氢气渗透产生的过电势降低了开路电压。在以往研究中,认为氢气渗透也符合法拉第定律,目前还没有具体文献和实验证明这一观点。本文避免这一假设,引进内电流的概念,重新推导出内电流与过电势的关系,得出内电流的产生会影响电池开路电压的结论。本文主要研究质子交换膜特性和质子交换膜内缺陷对电池的影响,分别从质子交换膜的厚度、质子交换膜内有孔、催化层有水膜和催化剂Pt载量大小等几个方面来分析电池性能。质子交换膜厚度对电池的影响:当膜厚度减小时,氢气渗透通量增加,在内电流相同的条件下,需要增大过电势来平衡氧气浓度的减小;在催化方面,催化层有水膜和催化剂Pt负载担量会影响氢气转换成氢离子的数量,从而影响氢气渗透通量,得出Pt负载担量越大对电池越好,催化层有水膜比没有水膜好的结论。同时也研究了在膜内有孔情况下,不同孔深度和孔密度对电池的影响:孔深度在110μm范围内对电池影响相对较小,而且随着孔深度增加,过电势增加越明显;分析孔密度在10以内,对电池影响相对小;对于L型裂纹,竖直方向影响要大于水平方向;并且电流密度在0~97 mA/cm~2范围内,氢气渗透产生的过电势对电池的开路电压影响大;随着电流密度的增加其影响开路电压的主要因素是欧姆损失;同时研究质子交换膜在有孔情况下,电池的电阻增加,电导率减小;电池的性能也会随之下降。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM911.4
【图文】：

第 1 章 绪论第 1 章 绪论1.1 研究背景得益于国内经济快速发展、居民的生活水平提升、国家政策的推动等影响，我国汽车保有量保持迅猛增长趋势。预计随着汽车销量的基数持续攀升，乘用车新车市场在 2018 年~2020 年增速约 3%左右，总体处于低增速状态。到 2020 年，国内乘用车销量将达到 2700 万辆。图 1.1 和图 1.2 分别为国内乘用车销量和国内汽车保有量。

第 1 章 绪论第 1 章 绪论1.1 研究背景得益于国内经济快速发展、居民的生活水平提升、国家政策的推动等影响，我国汽车保有量保持迅猛增长趋势。预计随着汽车销量的基数持续攀升，乘用车新车市场在 2018 年~2020 年增速约 3%左右，总体处于低增速状态。到 2020 年，国内乘用车销量将达到 2700 万辆。图 1.1 和图 1.2 分别为国内乘用车销量和国内汽车保有量。

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