车用燃料电池系统的性能衰退机理及影响因素分析
(完整word版)实验报告5燃料电池电堆测试
《燃料电池电堆测试与分析》实验报告 一.实验目的： １.掌握PEMFC电堆测试台的基本结构和操作方法； ２.通过实测，掌握电堆极化曲线的测试方法，学会绘制极化曲线、功率曲线等图谱； ３.能将燃料电池电堆的实测性能应用于燃料电池系统的构建上；锻炼运用理论分析、解决实际问题的能力和方法。 二.实验原理： 将所需测量的PEMFC电堆与NBT燃料电池测试系统连接，通过控制平台调节燃料电池的氢气和空气流量，设置负载的电流值（也就是燃料电池电堆的电流值），观察记录电压值和功率值得变化，利用所记录的数据画出燃料电池的i-V和i-P曲线。 三.实验仪器设备和器材 四.测试平台开机顺序测试 １.打开气源，检查氢气、空气（外部供应时）的压力是否正常、去离子水的液位是否正常；室内氢气泄露报警系统是否正常；氢气、空气与水的排放口是否连接妥当，氢气管路的出口必须接于室外。注意测试时的人员与设备的安全。 ２.给测试平台上电，380V AC。 ３.开启电脑，与设备联机。 ４.手动设置适当的氢、空、冷却水温度（注意不应超过80℃）、各流体最低流量、电堆片数、活性面积等参数。 ５.设定数据保存路径和文件名，开始记录数据。
６.测试极化曲线。根据电堆所需要氢空流量，手动设置电流，测试极化曲线。 ７.实验结束。 五.提前制作电堆运行所需氢气和空气的流量表，如下表所示。 已知条件：电堆片数：19片，单电池活性面积250cm2; 阴/阳极化学计量比：3.5/1.5; 常压 六.绘制电堆的极化曲线和功率密度曲线，需要标明必要的测试条件。
七.绘制上述极化曲线上最大功率时的单片电池电压柱状图，并计算电压的 标准偏差。 学生（签名）： 实验日期：2015.5.25
燃料电池与锂电池的性能优劣对比
燃料电池与锂电池的性能优劣对比 传统铅酸电池。铅酸电池比能量低，在新能源车重所需要占用的整体质量以及体积比较大，一次充电可行驶的历程比较短；使用寿命短，且后期使用成本高。此外，铅酸电池充电时间长，铅是重金属，存在污染，与新能源动力车的概念背道而驰。 锂电池在手机、计算机等设备中大量使用。燃料电池则是为了电动/混动车而诞生。利用氢氧化学反应产生电能，其燃烧产物为水和极少量二氧化碳，几乎对环境没有影响。那么对于电动车来说，究竟该选择锂电池还是燃料电池呢？谁也没有定论，不过我们可以通过以下几组对比来对这两类电池有所了解。 成本 成本高、制氢过程复杂成为燃料电池发展的主要障碍。氢气通过电解或蒸汽重组的方法得到。不过这两种方法成本颇高，制造同样质量的天然气所需的成本为制氢的1/2甚至1/3。 锂离子电池生产成本相对较低，此外其重复充电利用非常方便，相比其他可携带能源，其具有更高的成本效益。 环境影响 燃料电池和锂离子电池对环境的影响都很小。前者燃烧产物为水，不会产生汽油/柴油燃烧后生成的温室气体。 锂离子电池的放电产物可能由氧化锂、氢氧化锂等，对环境也不会造成影响。此外，锂离子电池可重复利用。 基于以上几点，这两类电池成为了目前最受欢迎的电动车动力源。 材料 燃料电池中利用聚合物膜作为电极，支持氢氧反应后产生电能。聚合物膜必须经过特殊加工，以承受高温和机械应力。 锂离子电池中的锂离子能够吸附电荷，因此电池才拥有储电能力。锂离子的质量很轻，因此是汽车理想的动力源。 潜力 无论燃料电池还是锂离子电池，相关的技术均还有大量进步的空间。如果燃料电池的成本能够降低，则能够真正作为汽油/柴油燃料的替代能源。 对于锂电池来说，如果其能量密度能够进一步提高，循环寿命能够更长，则也是一种非常优秀的驱动能源。 挑战
氢氧燃料电池性能测试实验报告
氢氧燃料电池性能测试 实验报告 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
氢氧燃料电池性能测 试实验报告 学号： 姓名：冯铖炼 指导老师：索艳格 一、实验目的 1.了解燃料电池工作原理 2.通过记录电池的放电特性，熟悉燃料电池极化特性 3.研究燃料电池功率和放电电流、燃料浓度的关系 4.熟悉电子负载、直流电源的操作 二、工作原理 氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂，氧气作氧化剂氢氧燃料电池，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池，与原电池的工作原理相同。 氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同时向氧电极供应氧气。氢、氧气在电极上的催化剂作用下，通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电，在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。
工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。 氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的装置氢氧燃料电池的反应物都在电池外部它只是提供一个反应的容器 氢气和氧气都可以由电池外提供燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。 具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，2013年正发展为直接使用固体的电解质。 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气，起作用的成分为氧气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。当氢离子进入电解液中，而电子就沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。此过程水可以得到重复利用，发电原理与可夜间使用的太阳能电池有异曲同工之妙。 燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。 利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种"发电机"。 一般来讲，书写燃料电池的化学反应方程式，需要高度注意电解质的酸碱性。在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种： 若电解质溶液是碱、盐溶液则
综合设计：车载用动力燃料电池系统设计
车载用动力燃料电池系统设计 背景：随着汽车工业的迅猛发展和汽车保有量的飞速增长，全球石油资源递减和环境污染等问题却日益突出。世界各国政府开始投入大量的人力、物力、财力竞相研制和开发旨在以节能、环保为终极目标的混合动力汽车、纯电动汽车等新能源汽车。电动汽车作为一种节能、无污染的理想“零排放”汽车，理所当然地受到了广泛的关注与重视，并在今后汽车工业的发展中占有越来越重要的地位。燃料电池电动汽车（FCEV）由燃料电池提供动力源，主要是以氢燃料类型为主，其具有无污染、零排放、氢能资源丰富，制取方法很多，可获取性大等优势。以质子交换膜燃料电池为主，其燃料转换效率相比传统内燃机高达60%～70%，代表了新能源汽车的发展方向，我国863计划当中，明确将燃料电池汽车发展放在了我国的电动汽车发展的首位。 一、FECV分类及构造 FCEV是以电力驱动为惟一的驱动模式，其电气化和自动化的程度大大高于内燃机汽车，早期用内燃机汽车底盘改装的FCEV，在汽车底盘上布置了氢气储存罐或甲醇改质系统，燃料电池发动机系统，电气控制系统和电机驱动系统等总成和装置，在进行总布置时受到一些局限。新研发的FCEV采用了滑板式底盘，将FCEV的氢气储存罐和供应系统、燃料电池发动机系统、电能转换系统、电机驱动系统、转向系统和制动
系统等，统统装在一个滑板式的底盘中，在底盘上部可以布置不同用途的车身和个性化造型的车身。采用多种现代技术，以计算机控制为核心和电子控制的"线传"系统(Control-by-wire)，CAN总线系统等，使新型燃料电池电动车辆进入一个全新的时代FCEV按主要燃料种类可分为:①以纯氢气为燃料的FCEV;②以甲醇改质后产生的氢气为燃料的FCEV。FCEV按"多电源"的配置不同，可分为:①纯燃料电池FCEV;②燃料电池与蓄电池混合电源的FCEV;③燃料电池与蓄电池和超级电容器混合电源的FCEV。后2种多电源的配置方式是FCEV的主要配置方式。辅助电源用于提供起动电流和回收制动反馈的电能。图 1 所示为典型的能量混合型的燃料电池动力系统示意图。这种车型不但具有纯燃料电池汽车的优点，还能够克服纯燃料电池汽车目前无法解决的缺陷。 图 1 燃料电池汽车混合动力系统示意图 二、动力蓄电池选型及参数设计 1 动力蓄电池的分类及比较作为辅助动力源的动力蓄电池，在汽车起步的工况下提供全部动力；当汽车在加速或爬坡等工况时，为主动力源
GBT 24548-2009燃料电池电动汽车术语分析
GBT 24548-2009燃料电池电动汽车术语 1范围 本标准规定了与燃料电池电动汽车相关的术语及其定义。 本标准适用于使用气态氢的燃料电池电动汽车整车及部件。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T 19596电动汽车术语 GB/T 20042.1质子交换膜燃料电池术语 3术语和定义 GB/T 19596和GB/T 20042.1中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。 3.1通用术语 3.1.1 燃料电池fuel cell 将外部供应的燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应直接转化为电能、热能和其他反应产物的发电装置。 3.1.2 燃料电池电动汽车fuel cell electdc vehicle；FCEV 以燃料电池系统作为动力源或主动力源的汽车。 3.1.3 冷启动cold start 在充分的浸车之后，在标准环境温度进行启动。 注：对于一个测试程序，一般推荐浸车时间应该是在12h到36 h之间，浸车期间车辆不应该启动，且应保持在规定的温度范围内。 3.1.4 热启动hot start 关机后启动，此时燃料电池系统的温度还在其正常工作温度范围内。 3.1.5 启动时间start-up time 在启动程序初始化后，燃料电池系统达到规定输出功率的时间。 注：包括热启动时间和冷启动时间。 3.1.6 运行压力operating pressure 系统在工作时的压力。 3.1.7 减压depressurize 将高压压力容器或管路中的压力降低至工作所需压力的过程。 3.1.8 燃料放空defuel
燃料电池测试系统购置
高功率燃料电池测试系统技术参数高功率燃料电池测试系统，用于25cm2或50cm2质子交换膜燃料电池单电池性能及耐久性研究。详细的技术文件如下： 一、测试系统的所有部件、数据采集与控制、电脑及显示器在一个主机箱中。 二、测试仪器可靠性要求 无故障运行10000小时 三、电子负载 1、最大功率：≥100W； 2、最大电流：≥120A，精度：±0.3% 所选量程，分辨率：1mA 3、电池电压测量范围：-5V~+5V，精度：±1mV；分辨率：1mV 4、最低保护电压：0.3V。 四、加载控制方式：即可电流控制，又可电压控制。 五、气体供应 1、质量流量控制器： 最大流量：H2≥2NLPM，精度：±1%；Air≥5NLPM，精度：±1%，可按过量系数控制流量。 2、带有干气旁通（Bypass）功能，带有氮气吹扫（Purge）功能 六、背压控制 1、程控自动化阴阳极进出口压力控制，电脑控制自动加背压。 2、压力控制范围：≥300KPa（表压），控制稳定性：±5KPa 3、可以监测（电脑显示）阴极和阳极的进出口压力。 七、温度控制 1、最高电池温度：≥110℃，控制精度：±1℃ 2、最高气体温度：≥90℃，控制精度：±1℃，从加湿器到测试电池间的胶管有加热和保温功能，避免水气凝结。 3、露点温度控制范围：室温—90℃，精度：±1℃ 八、热交换器：有 九、交流阻抗：要求带有交流阻抗测试模块，电压控制模式测EIS，频率扫描范围：高频大于10kHz，低频小于等于0.01mHz，电流最大量程：≥±5A
十、带有恒电位仪，N2和Air自动切换，测试CV、LSV。N2流量计量程越高越好，建议和Air共用流量计。 十一、安全：带有氢气报警器，设有氢气泄露报警和仪器错误报警，在报警情况下自动化关闭电子负载、启动氮气吹扫。带有过电压、电流等保护。 十二、电脑和软件： 1、电脑全自动控制 2、可编程进行程序控制测试， 3、语言：英语或中文 4、数据收集记录：至少可以电脑记录以下参数：运行时间、电池温度、阴阳极气体进出口的温度和湿度、阴阳极加湿温度、阴阳极进出口压力、阴阳极气体流量，电池电流、电压及其标准偏差，所有数据记录设定值和测量值。 十三、保修期 一年。
基于动力学影响因素的质子交换膜燃料电池性能研究
上海交通大学硕士学位论文 目录 摘要 ................................................................................................................I ABSTRACT .................................................................................................... IV 目录 ............................................................................................................ VII 第一章绪论 (1) 1.1 燃料电池的分类 (1) 1.2 PEMFC工作原理和结构 (4) 1.2.1 工作原理 (4) 1.2.2 催化层 (6) 1.2.3 质子交换膜 (11) 1.2.4 气体扩散层 (14) 1.2.5 双极板和流场 (15) 1.3 PEMFC研究发展历史与研究现状 (21) 1.4 本章小结 (24) 第二章实验研究方法 (26) 2.1 实验器材 (26) 2.1.1 电池制作材料 (26) 2.1.2 实验仪器仪表 (26) 2.2 膜电极制作与电池装配 (27) 2.3 电池性能指标测试 (30) 2.3.1 极化曲线测试 (30) 2.3.2 电化学阻抗测试 (30) 2.3.3 塔菲尔斜率测试 (32) 2.3.4 循环伏安曲线测试 (33) 2.4 实验安排 (35) 2.5 本章小结 (35) 第三章阴极Pt载量和背压对PEMFC性能的协同影响规律 (36) VII 万方数据
氢燃料电池系统在通信系统备用电源中的应用
氢燃料电池系统在通信系统备用电源中的应用 一、通信备用电源系统简介 通信基站一般用市电供电，为保证基站正常工作，需要给基站配备备用电源系统如铅酸蓄电池组和移动油机，在断电时，备用电源系统为基站中的负载供电，保证设备的正常运行。 铅酸蓄电池的优点是比较安全且采购成本较低，其缺点是体积大、笨重、造成一次和二次环境污染、备电时间有限且有不确定性、对环境温度要求苛刻。 当铅酸蓄电池因放电时间较长将要退服或出现故障时，移动油机成为现实可用的备用电源，但移动油机后勤保障复杂，需有人值守，有噪声污染及废气污染。 鉴于铅酸蓄电池和移动油机的种种缺点，加之能源危机和人们环保意识的提高，寻求新的备用电源的呼声越来越高，氢燃料电池是最理想的替代者之一。 二、氢燃料电池的原理 氢燃料电池是一种高效电化学能量转换器，把氢气（燃料）和氧气（来自空气）中的化学能直接转化成电能。只要有燃料和空气不断输入，燃料电池就能源源不断地产生电能，因此，燃料电池兼具电池和油机的特点。 燃料在燃料电池的阳极被氧化，生成质子和电子；质子通过电解质迁移到阴极，电子通过外电路迁移到阴极为外界负载提供电能；迁移到阴极的质子、电子和阴极处来自空气中的氧气结合生成水。燃料电池的主要优点包括：高效率（不受“卡诺循环”的限制）、零或超低排放、机械结构简单、扩展容易、安静、安全、可靠、能用可再生能源为燃料、只要有燃料就可连续不断地发电。 三、氢燃料电池与现有备用电源的比较 1、与铅酸电池的比较 和铅酸电池相比，燃料电池的主要优点包括： 适应环境温度范围宽广，基站温度可设定在32℃或更高，这样每年可节约大量空调电费。 只要保证氢气的供应就可持续供电，在发生大的自然灾害时可以保持长时间的通信畅通，为此而保护的生命、财产是难以用金钱来衡量的。 按设定电压稳定输出电能，而不像铅酸电池在剩余电量达到最低值前，放电电压衰减很快且难以预测。 重量轻，不需特殊的承重处理。 占地面积小，安置位置灵活，既可安置在室外也可安置在室内。 寿命设计一般是累计使用时间1500小时、累计开关次数超过600次、储存寿命10年，而铅酸电池几年就要更换。 安全性高，燃料电池系统中有多种传感器，系统可自动采取应对措施，如：当氢气泄漏时，燃料电池控制系统会自动关闭气源，避免泄漏持续；可远程监控，及时发现问题。世界上还没有燃料电池发生氢气燃爆事故。 2、与移动油机的比较 与移动油机比较，氢燃料电池最大优点是： 自动控制，可实现无人值守，通过遥测、遥控手段来监控系统的运行状态及氢气的剩余量，实现远程管理。 低噪音、无废气排放。燃料电池系统机械运动部件较少，所以系统比较安静，其排放物为水，对环境友好。 四、通信备用氢燃料电池系统的应用 1、系统的接入 燃料电池系统可以布置于室内和室外，但作为通信备用电源系统，根据现有通信机房的
燃料电池测试方案
燃料电池测试方案 燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。根据燃料和氧化剂种类的不同燃料电池分为多种类型，比如碱性燃料电池，质子交换膜燃料电池，甲醇燃料电池，磷酸燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物燃料电池等，具有环境污染小，比能量高，噪音低，燃料范围广，可靠性高，易于建设等优点，因此其可广泛应用于电动汽车、航天飞机、潜艇、通讯系统、中小规模电站、家用电源，以及其他需要移动电源的场所。中国致力于燃料电池的相关研究数十年，当前国家也将燃料电池行业的发展写入了多个地区的战略规划。 神州技测工程师表示，对于燃料电池的测试，功率不同，测试方法也不同。总体说来，硬件仪器一般包括：气体供给系统、液体供给系统、气体液体混合供给系统、液体供给液压系统、加湿器系统、气体加热线、温度控制监测系统、压力控制监测系统、电子负载系统、辅助输入输出系统、架构模块式系统以及第三方设备等。软件一般包括：对所有接入仪器的设定、控制、安全报警以及数据收
燃料电池的主要应用是在汽车行业中，大概可占到行业应用的70%左右。因此我们可以以汽车中燃料电池为例，简述燃料电池的测试。 燃料电池堆栈的测试中，会使用多种气体相关装置，电力相关装置，监测系统等。
神州技测提供的AMETEK SG系列直流电源可以作为辅助电源，功率范 围:4KW-150KW,电压范围5-1000V，电流范围5–6000 A；提供恒压、恒流和恒功率输出模式；提供独特的“序列”功能，易于生成变化的直流波形；可定义电压斜率；可闻噪音低。 AMETEK PLW系列水冷电子负载产品可以作为电力测试设备使用，检测燃料电池的电力特性。PLW系列产品成熟稳定，可靠性高，有众多典型案例，型号齐全：功率覆盖6kW、9kW、12kW、18kW、24kW、36kW，也可提供36kW - 250kW的其他标准型号；标准额定电压：60V、120V、400V、600V、800V和1000V；外形紧凑，功率密度高（2U，18kW）。 水冷电子负载应用在燃料电池堆栈测试中有众多的优势，比如功率密度高，体积小巧；冷水在电子负载内部流动，对系统的温度环境影响较小，适于实验人员工作，同时也减少了环境温度对测试的影响；噪声小，适于实验人员工作；无需额外建空调房，因此降低成本，减少线损对系统测试的影响；能量被消耗，无需考虑馈电对实验室的影响；故障率低；易于程控。同时，目前的权威燃料电池检测产品，Greenlight系统中，大多使用了此系列产品，有众多的成功案例。 关于升压变压器测试，动力控制单元，驱动电机单元的测试，AMETEK也可以提供相应的电源和电子负载进行测试，如SG系列产品和PLA系列产品等。
富氢合成气中杂质气体对质子交换膜燃料电池性能的影响
富氢合成气中杂质气体对质子交换膜燃料电池性能的影响* 钟莹，李专，尹蕾，夏小宝，解东来 ( 华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室，广东广州 510640) 摘要:质子交换膜燃料电池以其高效、清洁的优点在微型热电联产中广泛应用。利用天然气重整反应制氢是燃料电池最经济的氢气来源之一。研究重整合成气中的杂质气体对燃料电池性能的影响至关重要。设计、搭建了测试合成气体中杂质气体成分对质子交换膜燃料电池性能影响的实验测试系统，研究、考察了含氢合成气中杂质气体 CO2，CH4，N2对质子交换膜燃料电池性能的影响。测试结果表明: 对于所采用的 PEM 燃料电池及试验所采用的杂质气体的浓度范围，这些气体对于燃料电池的性能都有影响。其中 N2对燃料电池的影响是可逆的，CH4和 CO2会对电池造成永久性的损坏。 关键词:质子交换膜燃料电池; 氢气; 极化曲线; 合成气 近几年燃料电池得到了快速发展，相比于其他的能量转换系统，燃料电池具有较高的能量转化率和极少的有害物质排放。目前，燃料电池的主要用途之一是家庭和小型商业的微型热电联产［1 －2］，其中，质子交换膜燃料电池( Proton Exchange Mem-brane Fuel Cell，简称 PEMFC) 在微型热电联产中的应用非常广泛［3］。考虑到目前已有成熟的天然气和液化石油气输配网络，对于微型热电联产，最经济的氢气气源是现场的由天然气或液化石油气通过重整制氢。我课题组目前正在设计和研发 kW 级的基于燃料电池的微型热电联产系统。该系统由燃料处理单元、PEM 燃料电池单元和辅助单元组成［4］。氢气来源是天然气通过氧化重整产生的合成气。合成气中的 CO 通过高温和低温水汽变换反应净化，其浓度分别降低至 2． 0% ～4． 0% ( 体积比，下同) 和 0． 3% ～0． 6%，继而通过选择性氧化反应使 CO 的浓度降低到 10 ×10－ 6以下。在系统的工艺设计中，通过上述净化所产生的天然气重整合成气的体积组成如下: CO: 10 × 10－ 6，CH4: 0． 4%，CO2: 14． 1%，H2: 42． 7%，H2O: 14． 9% ，N2:27． 9%［4］。由上述体积组成可以看书，合成气中除含有 H2外，还有少量的 CO，CH4及大量的 CO2和 N2，这些杂质气体是否会影响 PEM 燃料电池的性能是 kW 级燃料电池设计和使用中的一个关键问题。 目前国内外对于富氢合成气中 CO 对 PEM 燃料电池性能影响的研究比较充分。大家普遍认为 CO 会吸附在燃料电池的催化剂中，导致燃料电池性能的严重下降。为防止 CO 影响燃料电池的性能，合成气中 CO 的体积含量需控制在 10 × 10－ 6以内［5 －8］，这也是在本课题组所研发的 kW 级燃料电池热电联产系统中，将 CO 含量控制在 10 ×10－ 6以内的依据。美国 Argonne 国家实验室的 Ahluwalia 会和 Wang 研究了杂质气体 CO2对燃料电池的影响，提出在燃料电池中，CO2与 H2发生逆水汽变换反应，产生 CO，从而影响燃料电池性能，其研究中所采用的原料气中的 CO2的体积分数在0． 25%以内［5］。我国大连物理化学研究所的俞红梅等人采用模拟重整气研究了 CO2和 N2的稀释作用对电池性能的影响［7］，其合成气中 CO2和 N2的含量分别为 15% ～21% 和 25% ～ 40% 。澳大利亚 Queensland 大学的 Dicks 等探究了以煤层甲烷气为原料生产的富氢合成气中的 N2和 CH4对PEM 燃料电池堆的破坏［9］，其合成气中 N2和 CH4的体积含量分别低于 25%和 0． 3%。实验研究发现，N2对电池的影响主要体现在对燃料气的稀释作用，影响氢气的扩散，而 CO2本身没有毒性，但它会和 H2反应生成 CO 从而使电池性能下降。从以上国内外的研究进展来看，目前对于 CO 对 PEM 燃料电池的影响比较完善，而对于合成气中可能存在的其他成分( 如: N2，CO2，CH4) 对 PEM 燃料电池性能的影响则比较缺乏。本研究集中于富氢合成气中 N2，CO2，CH4对燃料电池性能的影响。 1 实验装置 1． 1 PEM 燃料电池 如图 1 所示，实验所采用的 PEM 燃料电池堆由上海空间电源研究所提供，共由 10 片单电池组成，额定功率为 100 W。电池板的总活性面积为 50 cm2，以 Pt/C( 含 40% Pt) 作阳极和阴极的电催化剂，铂载量为 0． 8 mg/cm2，质子交换膜采用 Nafion212。
氢燃料电池电堆系统控制方案
AIR OUT AIR IN H2IN DI-WEG IN DI-WEG OUT 图1 1号电堆模块系统图 H2PURGE1 24V H2PURGE2
WEXPT 图2 车用1号电堆系统系统图
表1 模块附件表：
表2 车载系统附件表：
2.1 模块 ●冷却液与压缩空气热交换器 因冷却液的温度适应电堆要求，该热交换器的作用，一是压缩空气温度过高时降温（起中冷器作用），二是压缩空气温度较低时加热。考虑到要适应低温环境，最好采用。 ●氢气入口压力调整器 电堆的氢气入口压力调整，由PT-H3、EPV-H4、PT-H4组成，通过程序采集压力和控制比例阀来实现。为了控制准确和简单管路，将PT-H2、EV-H2、PT-H3、EPV-H4、PT-H4做到一个阀组（manifold）上。 ●阳极压力保护 为防止氢气入口压力调整器失效，而使阳极产生高压毁坏电堆。采用安全阀SRV-H5保护。 ●外增湿器 外增湿器采用膜增湿器，用电堆的出口湿空气来增湿电堆得入口干空气。具体是否采用，要看电堆的需求。 ●氢气循环 氢气循环，一是使阳极的氢气的湿度均匀，二是加热入口的氢气。 ●氢气吹扫（排放）阀 氢气吹扫阀，是用1个还是在电堆氢气出口的2端各用1个。 要看电堆的阳极结构，因氢气回流后，多少会有一些液态水，若
不能及时吹扫掉，会影响水平较低段的节电池性能，也不利于防冻处理。 ●电堆空气出口压力 电堆出口压力，采用电磁比例阀EPV-A6和电堆出口压力表PT-A5形成回路来控制。为防止憋压，比例阀为常开阀。 ●电堆高压输出正负极对结构接地（搭铁）绝缘电阻检测 电堆高压输出正负极对结构接地的绝缘电阻小时，会危害电堆的安全。在模块中需要加入检测单元。绝缘电阻的要求，单节电池为1200欧，150节为180千欧。 ●电机调速器的电源 因空压机的功率一般大于1kW，采用电堆的高压电源，在启动或停止的过程中需要外电源供电。启动和停止时由预充电电源PS-HV6供电。 氢气循环泵，因功率一般小于500W，且只在电堆工作时运行，采用外部24VDC单独供电。 ●节电池电压巡检单元 节电池电压巡检单元，与电堆的结构做到一起，自带MPU，与模块控制器采用通讯联系（CAN和RS485）。这样会使检测电缆最短，提高可靠性和美观。 ●模块控制器 控制器的MCU选用飞思卡尔的MC9S12CE，硬件和壳体，若能采购满足要求的现成控制器，则采购；实验调试完成后，沿用
燃料电池测试系统的基本理论
燃料电池测试系统的基本理论 随着全球对能源需求的增长及人类对环境要求的提高。各个国家对燃料电池的研究和开发H益增多。燃料电池测试系统不仅存燃料电池系统的研发阶段十分重要，即使是在其投入使用之后对于维持电池的正常工作也是不可或缺的。强大的测试能力能够提供对燃料电池可靠的监控。提供灵活的结构，具备了这种能力，科学界能够很方便地设计他们的系统，以跟踪燃料电池技术进步。以下是对燃料电池测试系统的相关介绍。 1、测试目的 虽然研究、开发、制造和应用部分的总目标各有不同。它们对于燃料电池的检测和躲视项目要求却是相似的。对丁研发部门，测试要求足确定输出能量、使用寿命和电池组的耐用性。在设计验收阶段，主要任务是优化设计以备大规模生产．以及在不降低效率的情况下降低电堆总成本。对丁生产应用．要求燃料电池符合规范要求。而在实际使用中，监测电池的寿命和工作状态是非常重要的。好在这些不同的任务对电池测试系统的要求都差不多。 2、测试系统的主要特点 ①隔离。燃料电池测试系统先要进行各种需要信号调理的测鼍。然后原始信号才能有数据采集系统数字化。大容最电堆具有数百个单电池。从而电压测量要求数白．伏的共模抑制。因此．测试不仅必须具有多个每个通道都能读取l—10V的通道．而
且必须保持电堆的每一个和最后一个电池之间高达数百伏的隔离。 ②数据采集系统必须能够扩展。由于燃料电池测试系统的通道数目可以从100个到1000多个．所以数据采集系统必须能够扩展。并且这些系统也要求可以进行信号的衰减和放大。 ③模块化。对于今天的测试系统，模块化也是必需的。因为测试系统必须能够随着生产及验证技术的变革而变革。 ④标定。任何测试系统都应该进行标定以确保测量有效和准确。 3、测试的主要性能参数 燃料电池测试系统需要精确的监测和控制成百上千次测量．范同从燃料和氧化剂的流量、温度、压力和湿度到燃料电池组的输出电压和电流。测试燃料电池的性能是很重要的，而监测影响性能的变量更为重要，但最重要的足控制这些变量参数，安全运行也是至关重要的。所以监测控制的主要参数有： (1)电压。在有负载的情况下，单电池的输出电压会从开路电压的1V左右降到O．6V左右．知道了每个单电池的电压就可以更近的了解电堆的健康情况。如果哪个单电池显示出不同电压，就表明此电池有问题，或者温度不正常，或者电极被淹。测试单电池或电堆的电压就可以正确操作、测试和设计燃料电池。
燃料电池汽车
燃料电池汽车 燃料电池汽车--未来“氢经济”的动力 燃料电池汽车--未来“氢经济”的动力 2007-01-27 石油能源论文 燃料电池汽车--未来“氢经济”的动力 一、引言早在19世纪法国科幻小说鼻祖凡尔纳的小说中，预想家们就预言，有朝一日社会将通过以氢为基础的能源而被彻底改造。这种重量很轻的气体是宇宙中最丰富的元素，它能够从水中制成；它出奇地洁净；燃烧时排放出基本上是新鲜的蒸汽。当被输人到产生电力的燃料电池中时，它提供空前的效率一这些电化学反应堆从燃料中所摄取的有用能量高达内燃机的两倍。当人类步人21世纪，开始面临着巨大的能源压力。传统的能源（主要是不可再生的化石燃料）正日趋枯竭，过度依赖石油进口引起地缘政治不稳定而且化石燃料燃烧后排放的废气造成严重的空气污染，甚至加速气候变化，因此要实现经济、社会的可持续发展，寻找新的替代能源迫在眉睫。氢能作为最洁净、高效的新能源，已经引起全世界的广泛关注。燃料电池（FC）技术的突飞猛进使得氢能的梦想在21世纪开始变成现实。近年来，以氢为动力的燃料电池汽车（FCV）得到了世界各国政府和企业的高度重视，并且取得了重大进展，预计在未来的5--10年内FCV将正式进人市场，以加氢站、输氢管道建设为标志的“氢经济”初露端倪。二、燃料电池技概群汽车上的应用 FC是一种将储存在燃料（氢）和氧化剂（氧）中的化学能通过电化学反应直接转化为电能的装置，其过程不涉及燃烧，无机械损耗，能量转化率可高达80％，产物仅为电、热和水蒸气；而且FC运行平稳，无振动和噪音，所以被认为是21世纪的绿色能源。 FC技术在汽车上的应用给汽车产业发展带来了革命性的突破，同时也推动了自身的发展。FC可以用作汽车的（辅
燃料电池的综合特性测量11011079
燃料电池综合特性测量实验 燃料电池以氢和氧为燃料，通过电化学反应直接产生电力，能量转换效率高于燃烧燃料的热机。燃料电池的反应生成物为水，对环境无污染，单位体积氢的储能密度远高于现有的其它电池。因此它的应用从最早的宇航等特殊领域，到现在人们积极研究将其应用到电动汽车，手机电池等日常生活的各个方面，各国都投入巨资进行研发。 1839年，英国人格罗夫（W. R . Grove）发明了燃料电池，历经近两百年，在材料，结构，工艺不断改进之后，进入了实用阶段。按燃料电池使用的电解质或燃料类型，可将现在和近期可行的燃料电池分为碱性燃料电池，质子交换膜燃料电池，直接甲醇燃料电池，磷酸燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物燃料电池6种主要类型，本实验研究其中的质子交换膜燃料电池。 燃料电池的燃料氢（反应所需的氧可从空气中获得）可电解水获得，也可由矿物或生物原料转化制成。本实验包含太阳能电池发电（光能－电能转换），电解水制取氢气（电能－氢能转换），燃料电池发电（氢能－电能转换）几个环节，形成了完整的能量转换，储存，使用的链条。实验内含物理内容丰富，实验内容紧密结合科技发展热点与实际应用，实验过程环保清洁。 能源为人类社会发展提供动力，长期依赖矿物能源使我们面临环境污染之害，资源枯竭之困。为了人类社会的持续健康发展，各国都致力于研究开发新型能源。未来的能源系统中，太阳能将作为主要的一次能源替代目前的煤，石油和天然气，而燃料电池将成为取代汽油，柴油和化学电池的清洁能源。 一、实验要求 1、了解燃料电池的工作原理 2、观察仪器的能量转换过程： 光能→太阳能电池→电能→电解池→氢能(能量储存)→燃料电池→电能 3、测量燃料电池输出特性，作出所测燃料电池的伏安特性（极化）曲线，电池输出功率随输出电 压的变化曲线。计算燃料电池的最大输出功率及效率 4、测量质子交换膜电解池的特性，验证法拉第电解定律 5、测量太阳能电池的特性，作出所测太阳能电池的伏安特性曲线，电池输出功率随输出电压的变 化曲线。获取太阳能电池的开路电压，短路电流，最大输出功率，填充因子等特性参数 二、实验原理 1、燃料电池 质子交换膜（PEM，Proton Exchange Membrane）燃料电池在常温下工作，具有启动快速，结构紧凑的优点，最适宜作汽车或其它可移动设备的电源，近年来发展很快，其基本结构如图1所示。 目前广泛采用的全氟璜酸质子交换膜为固体聚合物薄膜，厚度0.05~0.1mm，它提供氢离子（质子）从阳极到达阴极的通道，而电子或气体不能通过。 催化层是将纳米量级的的铂粒子用化学或物理的方法附着在质子交换膜表面，厚度约0.03mm，对阳极氢的氧化和阴极氧的还原起催化作用。 膜两边的阳极和阴极由石墨化的碳纸或碳布做成，厚度0.2~0.5mm，导电性能良好，其上的微孔提供气体进入催化层的通道，又称为扩散层。 商品燃料电池为了提供足够的输出电压和功率，需将若干单体电池串连或并联在一起，流场板一般由导电良好的石墨或金属做成，与单体电池的阳极和阴极形成良好的电接触，称为双极板，其上加工有供气体流通的通道。教学用燃料电池为直观起见，采用有机玻璃做流场板。
影响车用质子交换膜燃料电池性能的诸因素
- 1 - 影响车用质子交换膜燃料电池性能的诸因素 分析及试验研究 王金龙 王登峰 陈静 刘彬娜 黄文雪 吉林大学汽车工程学院， 吉林长春 （130025） E-mail ：wjl19760819@163. com 摘要：本文通过对质子交换膜燃料电池进行理论建模和试验，研究了影响其输出电压和效率的诸主要因素，分析了反应气体压力、电堆温度和增湿温度对燃料电池输出电压的影响，并通过燃料电池系统的性能试验验证了仿真结果的正确性。测试了燃料电池的高负荷持续工作的特性，测定了在三种反应气体压力下燃料电池的效率，分析了燃料电池的输出功率与其效率之间的变化关系，讨论了燃料电池作为车用动力源时的能量效率，为车用质子交换膜燃料电池的使用与控制以便发挥其最佳性能提供参考。 关键词：质子交换膜燃料电池，电压，效率，性能试验 中图分类号：U469.72 1. 引言 随着汽车保有量的大幅度增加，能源消耗及环境污染问题日益突出。因此世界上许多国家都把开发高效、低污染甚至无污染的汽车作为主攻方向。由于燃料电池具有高效、低污染的特点，因此国内外均将其作为车用新型动力源的研究重点之一。在各种燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)因具有比功率高、运行温度低、排放与启动性能好等优点而备受关注。 本文通过理论建模分析与试验，着重研究影响质子交换膜燃料电池性能的主要因素，为车用燃料电池更好地发挥其使用性能提供参考。 2. PEMFC 的性能影响因素分析 2.1 PEMFC 的输出电压 质子交换膜燃料电池属于氢/氧燃料电池，其标准电动势为V 229.1。电池的可逆电动势r E 由Nernst 方程可得： ))101325ln(2/1)101325(ln()10308.4()15.298)(105.8(229.12 2 54O H r p p T T E +×+?×?=?? （1） 式中，T 为反应的开氏温度，2H p 是阳极侧氢的分压力，2O p 是阴极侧氧的分压力，单位均 为Pa。 1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20030183029）资助
燃料电池测试系统
燃料电池测试系统 燃料电池测试催化剂测试实验室自动化材料测试 brand innovative solutions by TesSol, Inc. 为客户提供最好的仪器和服务是我门的宗旨 高品质，高精度，仪器服务期长 模块化结构，以太网通信，安装操作简单 模块化结构以及以太网通信，使仪器将来升级/扩展简单，一次投资，长期回报 低阻电子负载，无需放电增强器 FCPower软件用户友好界面，操作简单 软件允许用户用VBScript等编程语言编写脚本，满足自己特殊测试需要 免费软件升级，免费终生客户支持 软件还兼容控制很多第三方设备 Fideris已经为顾客提供了15年优质服务，而且还将一直继续下去 模块化设计 完整的测试系统 模块完美结合成为系统 电子负载模块 温度控制模块 气体液体控制模块 其它模块，如加湿器，背压控制等等 完全客户化设计，为您提供满足您的特殊需要的测试仪器。而且购买后也可以简单做到仪器扩展/升级，避免了仪器资源浪费 TesSol制造并为用户提供Fideris品牌系列的测试仪器。在燃料电池、催化剂、感应片、材料以及很多其它紧密相关的领域，Fideris系列仪器代表了在研究、质量控制、以及产品测试方面最为创新的实验解决方案。Fideris系列仪器包括：一体化测试系统、气体供给系统、液体供给系统、气体液体混合供给系统、液体供给液压系统、压力控制监测系统、温度控制监测系统、压力控制监测系统、电子负载系统、加湿器系统、气体加热线、辅助输入输出系统、架构模块式系统以及第三方设备等。 Fideris系列仪器采用FCpower软件为用户提供方便直观的电脑控制以及数据处理平台。FCpower软件为燃料电池研究者提供了最为灵活、最为强大的燃料电池测试平台。软件包含了对所有接入仪器的设定、控制、安全报警以及数据收集和处理等方面。 Fideris的燃料电池测试系统是专门为燃料电池测试而设计。我们的燃料电池试验站已经在世界范围内应用于燃料电池以及子系统（从小于1瓦到高于10万瓦）测试，包含所有化学材料类型（PEMFC质子交换膜燃料电池、SOFC固态氧化物燃料电池等等）、所有类型（微型、小型、大型）以及多种燃料类型（氢、天然气、柴油、汽油、重整油等等）。
燃料电池综合特性实验
燃料电池综合特性实验 一、实验目的： 1、了解燃料电池的工作原理。 2、观察仪器的能量转换过程： 光能→太阳能电池→电能→电解池→氢能（能量储存）→燃料电池→电能 3、测量燃料电池输出特性，做出所测燃料电池的伏安特性（极化）曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线。计算燃料电池的最大输出功率及效率。 4、测量质子交换膜电解池的特性，验证法拉第电解定律。 5、测量太阳能电池的特性，做出所测太阳能电池的伏安特性曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线。获取太阳能电池的开路电压，短路电流，最大输出功率，填充因子等特性参数。 二、实验原理： 1、燃料电池 质子交换膜(PEM，Proton Exchange Membrane)燃料电池在常温下工作，具有启动快速，结构紧凑的优点，最适宜作汽车或其它可移动设备的电源，近年来发展很快，其基本结构如图l所示。目前广泛采用的全氟璜酸质子交换膜为固体聚合物薄腆，厚度0.05~0.lmm，它提供氢离子（质子）从阳极到达阴极的通道，而电子或气体不能通过。催化层是将纳米量级的铂粒子用化学或物理的方法附着在质子交换膜表面，厚度约0.03mm，对阳极氢的氧化和阴极氧的还原起催化作用。膜两边的阳极和阴极由石墨化的碳纸或碳布做成，厚度0.2～0.5mm，导电性能良好，其上的微孔提供气体进入催化层的通道，又称为扩散层。教学用燃料电池采用有机玻璃做流场板。
进入阳极的氢气通过电极上的扩散层到达质子交换膜。氢分子在阳极催化剂的作用下解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子，阳极反应为： H2=2H++2e (l) 氢离子以水合质子H+(nH2O)的形式，在质子交换膜中从一个璜酸基转移到另一个璜酸基，最后到达阴极，实现质子导电，质子的这种转移导致阳极带负电。 在电池的另一端，氧气或空气通过阴极扩散层到达阴极催化层，在阴极催化层的作用下，氧与氢离子和电子反应生成水，阴极反应为： O2+4H++4e=2H2O (2) 阴极反应使阴极缺少电子而带正电，结果在阴阳极间产生电压，在阴阳极间接通外电路，就可以向负载输出电能。总的化学反应如下： 2H2+O2=2H2O (3) （阴极与阳极：在电化学中，失去电子的反应叫氧化，得到电子的反应叫还原。产生氧化反应的电极是阳极，产生还原反应的电极是阴极。对电池而言，阴极是电的正极，阳极是
燃料电池及其发展前景
燃料电池及其发展前景 燃料电池及其发展前景 作者: Raymond George Klaus Hassmann燃料电池具有非同寻常的性能：电效率可达60％以上，而且可以在带着部分负荷运行的情况下进行维修，除了有低比率碳氧化物排放外几乎没有任何有害的排放物。文章介绍按温度划分的4种主要燃料电池(PEMFC、PAFC、MCFC和SOFC)的性能，重点介绍高温固体氧化物燃料电池(SOFC)的应用及其发展前景。 With demonstration projects fuel cells are Well uder way toward penetrating the power market,covering a wide range of application．This paper introduces the main four types of fuel cells which are PEMFC,PAFC，MCFC and SOFC．Then it puts the emphasis on SOFC and its application market．燃料电池是通过由电解液分隔开的2个电极中间的燃料(如天然气、甲醇或纯净氢气)的化学反应直接产生出电能。与汽轮发电机生产的电能相比，燃料电池具有非同寻常的特性：它的电效率可达60％以上，可以在带部分负荷运行的情况下进行维修，而且除了排放低比率碳氧化物外，几乎没有任何其他的有害排放物。1 燃料电池的分类目前研制的燃料电池技术在运行温度上有不同的类型，从比室温略高直到高达1000℃的范围。大多数工业集团公司的注意力集中在以下4种主要类型上：(1)运行温度在60-80℃之间的聚合物电解液隔膜型燃料电池(PEMFC)；(2)运行温度在160-220℃之间的磷酸类燃料电池(PAFC)；(3)运行温度在620-660℃之间的熔融碳酸盐类燃料电池(MCFC)；(4)运行温度在880-1000℃之间的固体氧化物燃料电池(SOFC)。可以将这些类型的燃料电池划分为低温型(100℃及以下)、中温型(约200℃左右)及高温型(600-l000℃)燃料电池。表1简要地列出了各种类型燃料电池的性能。中温型和高温型燃料电池适于用在静止式装置上，而低温型燃料电池对于静止装置和移动式装置都适用。实用装置的功率容量差别也很大，可以给笔记本电脑及移动电话供电(数以W计)，也可以给居民住宅(数kW)或是分散的电热设备和动力设备(数百KW到数MW)供电。最适于用来驱动汽车的是低温型燃料电池。根据使用期限成本进行的经济性比较结果表明，就发电成本而言，SOFC型燃料电池要PEM型低30％。这个结果是根据SOFC型燃料电池的电效率比PEM型的高，