燃料电池空冷电堆性能和加速老化寿命的研究

发布时间：2023-03-11 16:43

　　近几年,燃料电池由于高效、无污染受到很多国家的重视,并在众多领域有着广泛的应用。其中,质子交换膜燃料电池结构简单、工作温度低、启动速度快,是目前市场上最受欢迎的燃料电池。质子交换膜燃料电池空冷电堆用空气取代水作为电堆的冷却剂,减少了电堆系统的BOP(辅助设备),被广泛应用于便携电源、无人机等领域。然而空冷电堆的性能和寿命问题是阻碍其大规模发展的重要因素。本论文设计、制作了 50W的小型空冷电堆,并使用锥型空气进气管路取代传统的风扇装置,用以调控具体的进气流量。为保证电堆的性能,首先对选用的膜电极进行了单电池测试,结果表明电池在0.6V电压下功率可达1W/cm2,然后对电堆不同条件下的性能优化进行了研究,取得的主要进展如下:首先,在高低温交变环境实验箱内研究了环境温度(5～40℃)对电堆性能的影响。实验研究表明,电堆在环境温度20～30℃表现出最佳性能。环境温度过低时,电堆的整体温度较低,性能变差;环境温度过高时,电堆内部缺水,膜电极性能降低。其次,采用锥型进气管路,研究空气进气量(30L/min,60L/min,90 L/min)对电堆性能的影响。研究发现,空冷电堆中,因为空气既是反应...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 燃料电池简介
    1.2 燃料电池的特点
        1.2.1 燃料电池的优点
        1.2.2 燃料电池的分类
    1.3 国内外燃料电池的发展
        1.3.1 国外燃料电池的发展
        1.3.2 国内燃料电池的发展
    1.4 质子交换膜燃料电池
        1.4.1 原理
        1.4.2 质子交换膜燃料电池的研究进展
    1.5 质子交换膜燃料电池电堆
        1.5.1 单电池和电堆的基本结构
        1.5.2 水冷电堆
        1.5.3 空冷电堆
    1.6 选题内容
第二章 实验材料、仪器设备和测试的方法
    2.1 实验材料与仪器设备
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验仪器和设备
    2.2 单电池测试
        2.2.1 样品的准备
        2.2.2 单电池的组装
        2.2.3 单电池测试
    2.3 电堆测试
        2.3.1 空冷电堆的制作和组装
        2.3.2 空冷电堆的测试
第三章 自制50W空冷电堆性能优化条件研究
    3.1 引言
    3.2 实验过程
        3.2.1 单电池测试
        3.2.2 电堆环境温度测试
        3.2.3 空气进量对电堆性能影响测试
        3.2.4 尾排周期测试
        3.2.5 尾气吹扫实验
    3.3 结果和讨论
        3.3.1 单电池测试
        3.3.2 环境温度与进气流量对电堆性能的影响
        3.3.3 尾气排放周期对空冷电堆性能的影响
        3.3.4 尾气吹扫对电压的影响
    3.4 本章小结
第四章 空冷电堆寿命测试
    4.1 引言
    4.2 实验过程
        4.2.1 电堆活化和性能测试
        4.2.2 怠速循环工况测试
        4.2.3 额定工况
        4.2.4 变载工况
        4.2.5 启停工况
        4.2.6 性能衰减率和电池寿命计算
    4.3 结果与讨论
第五章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 研究展望
参考文献
硕士期间的研究成果
致谢



本文编号：3759875