燃料电池 +基础理论动力学 + 热力学+研究方法.ppt

* * 燃料重整方法 * * 重整气体中CO的去除 * * 电力电子子系统 * * 热管理子系统 * * 燃料电池控制子系统 * * 谢谢！ * * 燃料电池模型控制方程 * * 燃料电池模型控制方程 * * 燃料电池模型控制方程 * * 燃料电池模型控制方程 * * 燃料电池表征 * * 燃料电池表征参数 燃料电池的特征参数包括： 总体性能：i-V曲线、功率密度； 动力学特性：ηact，j0，α，活性表面积； 欧姆特性：Rohmic，电解质电导率，接触电阻，电极电阻； 质量传输特性：jL，Deff，压强损耗，电化学反应的均匀性； 损耗：jleak,副反应，燃料渗漏； * * 燃料电池的表征 电极结构特性：孔隙率，弯曲率，电导率； 催化剂结构特性：厚度，孔隙率，催化剂负载，颗粒大小，活性表面积，利用率，三相界面，离子传导率，电子传导率； 流场结构特性：压降，气体分布，电导率； 热产生和热平衡； 寿命特性：寿命测试，退化，循环，开启/关闭，失效，侵蚀，疲劳； * * 主要表征方法 电流-电压测量法； 电流干扰测量法； 电化学阻抗谱法； 循环伏安法； 孔隙率测量； 表面积测量； 透气性测量； 结构测量； 化学测量。 * * 电流-电压测量 稳定性 燃料电池电流电压测试时，系统必须保持稳定，也就是说在测量数据时，系统稳定获得的数据才能有效。 测量条件 反应气体和电池本身预热； 加湿和电池温度； 气体的压力和流速。 * * 电流-电压测量 * * 电化学阻抗谱法EIS * * 电化学阻抗谱法EIS * * 电化学阻抗谱法EIS * * 电化学阻抗谱法EIS * * EIS-Nyquist图 * * 电化学阻抗谱法EIS 燃料电池内部过程的电路元素模型叫等效电路模型。 * * 电化学阻抗谱法EIS 电 化 学 反 应 * * 电化学阻抗谱法EIS * * 电化学阻抗谱法EIS * * 电化学阻抗谱法EIS * * 电化学阻抗谱法EIS 质量传输阻抗主要是扩散阻力 * * 电化学阻抗谱法EIS * * 电化学阻抗谱法EIS 燃料电池消耗过程有：阳极活化、阴极活化、阴极质量传输和欧姆损失。 * * 简单燃料电池EIS * * 电化学阻抗谱法EIS * * 电化学阻抗谱法EIS * * 循环伏安法CV * * 循环伏安法CV * * 循环伏安法CV 燃料电池中，通过CV测量来确定催化剂的活性。氢气在催化剂层表面的化学吸附电流和化学脱附电流，电流在电压扫描过程中出现变动。 * * 燃料电池系统 * * 燃料电池子系统 * * 燃料处理子系统 * * 电极中的质量传输 * * 有效扩散系数 * * 极限电流密度 * * 浓差过电压 催化剂层中由于反应物消耗引起的压力损耗叫浓差过电压（ηconc）。 浓度对燃料电池的影响包括通过Nernst方程和反应动力学来影响。 * * 浓差过电压 * * 浓差过电压 由Butler-Volmer方程也可以得到浓差过电压。 * * 浓差过电压 * * 流道中的对流传质 * * 流道中的对流传质 * * 流道中的对流传质 * * 气体在流道中的消耗 * * 气体在流道中的消耗 催化剂层消耗的氧气： 扩散层扩散的氧气： * * 气体在流道中的消耗 通过气体通道和扩散层界面的氧气： 催化剂层消耗的氧气等于扩散层扩散的氧气，等于从气体通道进入扩散层的氧气： * * 气体在流道中的消耗 由上述关系式可以得到： 输入的氧气减排除的氧气等于进入扩散层的氧气： * * 气体在流道中的消耗 氧气的总消耗： 上述方程式联立得到： * * 流场设计 * * 流场设计 * * 燃料电池模型 * * 燃料电池模型 * * 燃料电池模型 * * 燃料电池模型 * * 燃料电池模型 * * 燃料电池一维模型-通量平衡 * * 电流和消耗通量平衡 * * 水分通量平衡 * * 一维模型描述 * * 模型控制方程 * * PEMFC一维模型范例 * * PEMFC一维模型范例 * * PEMFC一维模型范例 * * PEMFC一维模型范例 * * PEMFC一维模型范例 * * 燃料电池电荷传输 * * 燃料电池电荷传输 燃料电池中有三种动力可以驱动电荷传输：电学驱动力，即电势梯度dV/dx；化学驱动力，即化学势梯度dμ/dx和机械驱动力dP/dx。 在金属电极中，只有电势梯度可以驱动电子传输。在电解质中，化学势（即浓度）梯度和电势梯度都可以驱动质子传输。 在燃料电池中，电学（电势梯度）驱动力对电荷传输起主导作用。也就是说，质子积累/消耗电学效果形成的电势梯度的作用远远大于质子积累/消耗化学效果形成的浓度梯度的作用。 * * 燃料电池电荷传输 * * 电荷传输导致的电压损失 * * 电阻随