燃料電池最大許可載入速度的研究

《燃料電池最大許可載入速度的研究》是依託清華大學，由裴普成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：燃料電池最大許可載入速度的研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：裴普成
• 項目類別：面上項目

項目摘要

用於汽車的質子交換膜燃料電池在載入過程中膜電極缺氣是造成壽命縮短的一個重要原因。在最佳化燃料電池控制和設計燃料電池流場時，目前缺少最大許可載入速度作為基本依據，難以科學防範燃料電池動態缺氣。.本項目擬通過研究（1）燃料電池動態變載過程中流場內壓力降變化規律，（2）流場參數和操作條件所對應的流場供氣速率和動態回響時間，（3）氫氣在擴散層微通道內的流動特性，（4）擴散層參數、極板脊寬及壓縮量所對應的氫氣擴散速率，特別是極板脊下的氫氣擴散速率，（5）最後得到最大許可載入速度與流場參數、操作條件及擴散層參數之間的一般關係式。研究工作包括理論數值模擬和實驗研究兩部分。.本項目的創新和目的是研究出最大許可載入速度與操作條件及流場參數之間的基本函式關係，從而為燃料電池結構設計和燃料電池最佳化控制提供理論依據，為燃料電池理論的發展提供基礎。.預期研究結果將發表至少3篇SCI論文和6篇EI論文，申報2項發明專利。

結題摘要

國外多家汽車公司聯合聲明“2015年燃料電池汽車開始量產”，但是燃料電池壽命不足是一個亟待解決的問題。為了延長燃料電池使用壽命，本團隊進行了系統性研究，特別是“最大許可載入速度”的研究成果，能夠為用好和設計好燃料電池提供理論依據。項目工作中，對燃料電池堆及單節燃料電池的老化部位進行了分析，明確了電池堆前端部位的燃料電池率先老化，各單節燃料電池中空氣出口端的膜電極率先老化，氫氣出後端次之；進行了燃料電池動態過程試驗，得到了載入速度、載入幅度、溫度、濕度、壓力、過量供氣係數等對動態能力的影響規律，與膜電極各部位的老化先後次序相吻合；進而建立了燃料電池傳質過程、電化學和動力學模型，進行了變載過程中動態特性仿真研究，得到了燃料電池許可載入速度、流場未端瞬時壓力等公式；基於該燃料電池動態模型和研究結果，對常規雙極板流場進行了改進並創新開發了逆流型雙極板；最後為方便研究燃料電池壽命和內部各節電池一致性，探索了一種電池堆膜電極狀況現場檢測方法，全國燃料電池標準委員會擬將此方法列入國標制定計畫。項目相關成果20項，其中發表或被錄用於SCI期刊相關論文5篇,EI期刊論文6篇，申報相關發明專利6項，獲北京市科學技術獎（基礎研究類）一等獎1項。