考察了1.9 k W质子交换膜燃料电池电堆在低氢气化学计量比,电流快速连续变载条件下的耐久性。在244 h工况运行后,在电流密度为800 m A×cm-2的条件下,电堆单电池平均电压从0.616 V下降到0.464 V,衰退率为0.623m V×h^(-1),由此可见电堆出现快速性能衰退。在实验过程中,车载工况使得电堆阴阳极进气压力以及进气温度出现明显波动,从而导致膜电极组件(MEA)遭受周期性的机械应力与热应力冲击。此外,在氢气化学计量比为1.05条件下,电流快速连续加载会导致供气系统响应迟缓,气体供应不及时,甚至导致燃料局部供应不足,这可加剧载体碳腐蚀。极化曲线、循环伏安法(CV)测试、电化学交流阻抗谱(EIS)表征发现,电化学活性面积的下降引起了电堆的快速、不可逆的衰退。扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)表征显示阳极催化层厚度变薄,阴阳极催化剂颗粒出现不同程度的长大。可见,在车载工况下,由于低氢气计量比引起的局部缺氢,加速了碳载体腐蚀,并使Pt颗粒的团聚以及流失,影响燃料电池性能。
为进一步探索高性能、低噪声的离心压缩机优化设计方法,该文选用某燃料电池车用小型高转速离心压缩机为研究对象,通过三维内流场非定常分析对其气动性能和气动噪声进行计算,仿真求得的压升曲线与试验基本一致。基于该数值模型,采用最优拉丁方试验设计分析了叶片进口角、叶片出口角、尾缘倾角、叶顶间隙和叶片厚度对压缩比、等熵效率和整机声功率级的影响,结果表明叶片厚度和叶顶间隙最为关键,与压缩比和等熵效率负相关,与声功率级正相关,前倾叶片较后倾叶片噪声更低。采用Kriging模型对数值计算结果进行拟合,利用多目标遗传算法对Kriging模型进行循环优化设计。优化结果表明,Kriging模型精度满足需求,优化方案在设计工况点的压缩比提高3.56%,等熵效率提高1.02%,整机声功率级下降3.79 d B,在非设计工况点的压缩比和等熵效率也有提高,综合性能得到明显改善。该研究可为高性能、低噪声离心压缩机的优化设计提供参考。
