电解质膜除湿系统性能研究与调控

发布时间：2022-07-19 14:00

　　精密制造过程、仪器仪表内部及贵重物品储存对空气除湿有重大需求。这些场合的特点是小空间、高精度,而传统除湿技术因设备复杂、热惯性大等弊端在这些场合的应用受到极大限制。电解质膜除湿是一种很有前途的新型除湿技术,具有结构紧凑、简单有效、环境友好等特点,可实现精准、便携、节能的除湿。该技术通过低压直流电场驱动空气湿度转移,与其他除湿方式有本质区别。虽然与质子交换膜（PEM）电化学系统组成上类似,但在系统特性、操作条件、应用背景及耐久性等方面与PEM电化学系统如燃料电池等有显著差异,需要深入研究。但目前对这一除湿过程的研究还处于可行性探索阶段,系统的除湿及电化学特性尚不明确。对于其运行特性及传递过程的了解,特别是明显区别于其他PEM系统的V-I特性及耐久性的相关研究还十分有限,无法指导性能调控。鉴于此,本文的研究工作主要有以下几个方面:（1）搭建了一种带有气体流道的电解质膜除湿系统,验证了其对空气流除湿的可行性。实验表明,在3 V施加电压下,空气流的湿度可从90%RH降低到30%RH以下,系统的稳态除湿性能可达到2 g/（J·m~2）、1.1 g/（s·V·m~2）;系统的除湿速率随温度、流量、... 

【文章页数】：135 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
第一章 绪论
    本章摘要
    1.1 除湿的意义及方法
        1.1.1 热电冷凝除湿
        1.1.2 电渗析溶液除湿
        1.1.3 电渗除湿
    1.2 电解质膜除湿技术
    1.3 电解质膜除湿系统关键材料的研究进展
        1.3.1 质子交换膜特性及性能的研究进展
        1.3.2 阳极OER催化剂的研究进展
        1.3.3 阴极催化剂和扩散层
    1.4 本课题研究的目的和内容
        1.4.1 课题的提出及意义
        1.4.2 课题的研究内容和框架
        1.4.3 论文框架
第二章 PEM电解质膜除湿系统运行实验
    本章摘要
    2.1 引言
    2.2 新型电解质膜除湿系统的设计及实验方法
        2.2.1 电解质膜除湿原理
        2.2.2 新型电解质膜除湿系统的实验设计及方案
    2.3 电解质膜除湿系统实验结果与讨论
        2.3.1 实验工况及数据验证
        2.3.2 电解质膜除湿实验性能分析
        2.3.3 除湿过程中的传热传质
    2.4 本章小结
第三章 PEM电解质膜除湿系统的V-I特征及快速预测模型
    本章摘要
    3.1 引言
        3.1.1 PEM除湿系统V-I特性概述
        3.1.2 EIS测试用于系统V-I特性研究的概述
    3.2 EIS测量系统
    3.3 EIS结果
    3.4 基于PEM的除湿快速预测模型
        3.4.1 电解质膜除湿系统一维快速预测模型的开发
        3.4.2 模型验证
    3.5 基于电解质膜除湿系统V-I特性的运行参数分析
        3.5.1 除湿过程中PEM质子传导率变化
        3.5.2 运行参数分析
    3.6 本章小结
第四章 电解质膜除湿系统耐久性及其系统衰减机理研究
    本章摘要
    4.1 引言
    4.2 系统耐久性研究方法
        4.2.1 实验装置
        4.2.2 材料表征方法
    4.3 耐久性实验及各表征结果
        4.3.1 耐久性实验结果
        4.3.2 耐久性测试前后系统及系统材料的测试表征
    4.4 本章小结
第五章 PEM电解质膜除湿性能调控:不同特性阳极催化剂
    本章摘要
    5.1 引言
    5.2 催化剂的制备和电解质膜除湿系统实验设计
        5.2.1 催化剂的制备
        5.2.2 催化剂物理/化学和电化学特性表征
        5.2.3 不同催化剂除湿元件的组装和实验设计
    5.3 新型催化剂的表征及其组件测试结果与讨论
        5.3.1 新型催化剂的形态和结构
        5.3.2 催化剂的电化学性能和OER活性
        5.3.3 使用新型催化剂的电解质膜除湿实验
    5.4 本章小结
第六章 电解质膜除湿系统性能调控:高吸水性PEM膜
    本章摘要
    6.1 引言
    6.2 高吸水性PEM的制备与系统实验设计
        6.2.1 高吸水性PEM的制备
        6.2.2 复合膜的参数表征
    6.3 复合膜物化性质分析和组件性能测试
        6.3.1 复合膜的参数分析
        6.3.2 复合PEM的吸水率
        6.3.3 应用PEM复合膜的除湿组件性能测试
    6.4 本章小结
结论与展望
    主要结论
    创新点
    展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]中国干湿格局对未来高排放情景下气候变化响应的敏感性[J]. 马丹阳,尹云鹤,吴绍洪,郑度.  地理学报. 2019(05)
[2]磷酸掺杂聚苯并咪唑高温膜燃料电池膜电极[J]. 姚东梅,张玮琦,徐谦,徐丽,李华明,苏华能.  化学进展. 2019(Z1)
[3]基于电渗析的空气直接除湿方法研究[J]. 黄世芳,张小松,许尧.  工程热物理学报. 2016(12)
[4]空调温湿度调节对产品质量的影响[J]. 周玉祥,符玉霞,王登艳,郁春涛.  纺织报告. 2014(12)
[5]绝缘子污层受潮过程中湿度和温差的作用[J]. 戴罕奇,梅红伟,周志成,赵晨龙,王黎明,贾志东.  高电压技术. 2012(10)
[6]PEMFC用Pt/C催化剂耐久性的研究进展[J]. 唐容,魏子栋,邵志刚.  电池. 2009(01)
[7]固体推进剂受潮对其力学性能的影响[J]. 王玉峰,洪亮,李高春.  海军航空工程学院学报. 2008(05)
[8]饱和受潮条件下的绝缘子泄漏电流特性[J]. 杜欣慧,戴云航,王志刚,宫改花.  高电压技术. 2007(09)
[9]PEMFC关键组件的研究进展[J]. 梁剑莹,李永亮,沈培康.  电池. 2006(03)
[10]无机-有机复合质子交换膜研究进展[J]. 伍艳辉,康峰,冯炳康,李佟茗.  电源技术. 2006(02)

博士论文
[1]质子交换膜燃料电池电堆结构优化设计与动力学性能研究[D]. 刘博.大连理工大学 2018
[2]质子交换膜燃料电池自增湿膜电极的制备与研究[D]. 梁华根.华南理工大学 2013

硕士论文
[1]基于电渗析的空气除湿方法探索与实验研究[D]. 许尧.东南大学 2015
[2]产品质量检验实验室温湿度监测系统[D]. 艾劼.电子科技大学 2011



本文编号：3663544