国家自然科学基金(51175241)
- 作品数：22 被引量：46H指数：4
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- 垫片材料在模拟PEM燃料电池环境下损伤研究
- 2012年
- 质子交换膜(PEM)燃料电池需要弹性体垫片来密封阳极和阴极的反应气体(氢气和氧气/空气),燃料电池在长时间运行过程中,垫片材料性能的稳定性对燃料电池密封性能和电化学性能至关重要。在模拟的PEM燃料电池环境下,利用光学显微镜观察试样暴露在模拟的PEM燃料电池环境下表面的损伤情况,采用X射线光电子能谱技术(XPS)研究弹性体垫片材料在模拟的燃料电池环境下的损伤及损伤机理。实验结果表明,材料暴露在模拟的PEM燃料电池环境下发生损伤,试样质量损失随着暴露时间的增加而增加;光学显微镜观察表明:试样表面形貌发生了明显变化,其损伤过程表现为试样表面从光滑到粗糙,到裂纹产生,再到裂纹扩展;XPS实验结果表明,试样表面的化学成分发生了明显的变化。
- 胡学家奚天鹏辛艳超张晓维谈金祝
- 关键词：PEM燃料电池垫片材料
- 模拟PEM燃料电池环境下垫片材料的化学损伤研究
- 2021年
- 对暴露在模拟质子交换膜(PEM)燃料电池环境下的硅橡胶弹性体垫片材料的化学损伤情况进行探究。采用平衡溶胀法测定试样暴露在模拟PEM燃料电池环境下交联密度的变化情况。采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对老化试样表面的化学成分进行研究。实验结果表明,试样在加速持久性实验(ADT)溶液中交联密度明显降低,在常规(RS)溶液中变化不明显。ATR-FTIR和XPS实验结果表明,在模拟燃料电池环境下,试样表面分子结构随暴露时间发生明显变化,试样表面化学损伤加剧。材料的化学损伤主要表现为硅橡胶主链的断裂和高分子交联区的水解。
- 王志强谈金祝殷金鹏刘增辉王燕康刘欣
- 关键词：质子交换膜燃料电池垫片
- 质子交换膜燃料电池双极板与气体扩散层接触压力测量与模拟
- 2014年
- 质子交换膜(PEM)燃料电池的组装力和工作温度对双极板与气体扩散层(GDL)之间的接触压力有着重要影响,而双极板与气体扩散层之间接触压力的大小与分布对燃料电池的电化学性能至关重要。基于有限元软件ABAQUS开发了PEM燃料电池预紧力-温度顺序耦合程序,预测得到了不同螺栓预紧力和温度下双极板与气体扩散层间接触压力的大小和分布。有限元分析结果表明:接触压力随预紧力的增大而增大;燃料电池的工作温度对双极板与气体扩散层之间的接触压力有重要影响,接触压力随温度的升高而增大。采用压力传感膜技术试验测试了双极板与GDL之间的接触压力大小与分布,试验结果与模拟结果吻合较好。
- 刘永昌奚天鹏谈金祝范留飞张旭周靖韩雪梅
- 关键词：质子交换膜燃料电池双极板气体扩散层接触压力
- 氧化镁填充剂对PEMFC垫片材料力学性能的影响被引量：2
- 2021年
- 选用甲基乙烯基硅橡胶为基体,以气相法白炭黑与纳米改性碳酸钙的混合物作为复合补强剂,氧化镁作为导热橡胶填料,研究氧化镁填料对质子交换膜燃料电池(PEMFC)弹性体垫片材料力学性能的影响。试验结果表明,垫片材料的拉伸强度和断裂伸长率都随着氧化镁用量的增加呈下降趋势;垫片材料的硬度也随着氧化镁用量的增加而下降,但高于未添加氧化镁时的硬度;垫片材料的压缩永久变形和压缩应力松弛均随着氧化镁用量的增加而减小,从而提高了垫片材料的压缩性能。
- 侯琼谈金祝尹力
- 关键词：质子交换膜燃料电池垫片材料氧化镁力学性能
- 操作参数对PEMFC性能的影响被引量：9
- 2013年
- 通过实验研究三通道蛇形非对称流场的质子交换膜燃料电池(PEMFC)运行温度、气体加湿温度、空气流量、H2流量以及燃料电池工作压力等操作参数对PEMFC性能的影响。结果表明:燃料电池温度保持在333～343K,加湿温度与电池温度相同时,电池性能达到最佳状态;质子交换膜燃料电池中O2的还原反应是影响整个燃料电池放电性能的一个关键因素;工作压力为2.026×105Pa左右时电池的性能最佳。
- 周靖张晓维谈金祝胡学家奚天鹏
- 关键词：PEMFC
- 金属钙离子浓度对PEMFC性能影响研究被引量：2
- 2017年
- 通过向PEMFC阳极添加3种浓度(即50、200、500 mg/L)金属钙离子溶液,研究金属钙离子浓度对PEMFC性能的影响。实验结果表明,随着Ca^(2+)浓度增加,燃料电池电压不断降低。在电流密度为500 m A/cm^2,相同的污染时间9 h的条件下,经50、200、500 mg/L Ca^(2+)污染后的电池电压相对于未污染的电池电压分别降低了14%、29%、64%;燃料电池的最大功率密度随着金属Ca^(2+)浓度的增加而降低,经50、200、500 mg/L Ca^(2+)污染9 h后的电池最大功率密度相对于未污染的电池最大功率密度分别降低了24%、33%、43%。电池经500 mg/L Ca^(2+)污染6 h,在500 m A/cm^2电流密度下恒电流放电2 h后,电池电压降低了58%。这些结果表明,Ca^(2+)及其浓度对PEMFC的电化学性能有显著的影响。
- 李朋谈金祝韩雪梅柏静娴
- 关键词：质子交换膜燃料电池
- PEM燃料电池组装接触压力的有限元分析被引量：4
- 2014年
- 质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)燃料电池组装接触压力对燃料电池的性能至关重要。建立了包括燃料电池端板、电流收集器、双极板、垫片、气体扩散层(gas diffusion layer,GDL)、膜电极组件(membrane electrode assembly,MEA)和螺栓等在内完整的燃料电池三维有限元模型,采用有限元方法研究在不同组装力下PEM燃料电池的接触压力及其分布。有限元分析结果表明,燃料电池组装力增大,GDL与双极板以及MEA与GDL之间的接触压力也随之增大。组装力约为3.0 N·m时,燃料电池双极板与GDL之间的接触压力分布以及MEA与GDL之间的接触压力分布均具有较好的均匀性。
- 刘永昌胡学家谈金祝张晓维
- 关键词：PEM燃料电池接触压力有限元方法
- 复合填料和硫化温度对PEMFC垫片力学性能的影响被引量：1
- 2022年
- 填料和硫化温度对质子交换膜燃料电池(PEMFC)硅橡胶弹性体垫片材料的性能有重要影响。通过试验研究总质量份数一定的情况下,不同配比的CaCO_(3)和MgO对垫片材料性能的影响,以及一段硫化温度对垫片材料性能的影响。结果表明:当m(CaCO_(3))∶m(MgO)=4∶6时,垫片材料具有较好的拉伸和压缩性能,垫片材料的压缩永久变形和压缩应力松弛分别比最大值下降13.8%和14%;配方和硫化压力一定时,当硫化温度=160℃时,垫片材料具有较好的拉伸和压缩性能,垫片材料的压缩永久变形和压缩应力松弛分别比最大值下降25.4%和13.5%。
- 侯琼谈金祝邓鸿曾家辉
- 关键词：质子交换膜燃料电池填料硫化温度垫片材料
- 酸性环境对PEM燃料电池垫片材料机械性能影响
- 2018年
- 垫片材料的稳定性对质子交换膜(PEM)燃料电池的密封和电化学性能至关重要。采用实验方法研究了一种潜在的P EM燃料电池垫片用材料——甲基乙烯基硅橡胶材料在酸性环境下的老化损伤情况。采用机械性能实验分别对未老化的试样和在酸性环境下老化试样进行机械性能测试,研究酸性环境对PEM燃料电池垫片材料机械性能的影响。实验结果表明,酸性环境对PEM燃料电池垫片材料的机械性能有重要影响。在相同老化时间下,随酸性程度的增加,试样抗拉强度和断裂伸长率随之降低;压缩永久变形实验和压缩应力松弛实验结果表明,试样压缩永久变形随酸性程度的增加而增大,而试样压缩应力松弛模量随酸性程度的增加而降低。
- 张武建谈金祝张旭沈翔殷金鹏
- 关键词：PEM燃料电池垫片材料机械性能
- 酸性环境对PEM燃料电池弹性体垫片材料老化性能的影响被引量：2
- 2012年
- 质子交换膜(PEM)燃料电池中弹性体垫片材料的持久性和稳定性对整个燃料电池的电化学性能有着重要影响。根据弹性体垫片材料在PEM燃料电池中所处酸性环境,配制了4种浓度不同的酸性试验溶液,研究弹性体垫片材料在该介质中的老化损伤情况。分别采用光学显微镜和傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)仪观察了弹性体垫片材料在不同浓度溶液和不同老化时间后试样表面微观形貌变化和试样表面的化学成分变化。试验结果表明:老化时间和老化介质对弹性体垫片材料的损伤有着显著影响,其微观表面由平滑逐渐粗糙直至裂纹产生、增加;且随着时间和试验溶液浓度的增加,弹性体垫片材料的损伤程度增加。化学性能改变的机制主要是由于分子主链的水解和交联断裂。
- 李果谈金祝巩建鸣
- 关键词：质子交换膜燃料电池
