设计30kW高比功率质子交换膜燃料电池堆【钜大锂电】

电源技术研究与设计30kW高比功率质子交换膜燃料电池堆研制胡里清，李拯，夏建伟，吴昕，傅明竹（上海神力科技有限公司，上海20140⑴或电池堆的工作站；（2）大功率高比功率质子交换膜燃料电池堆的工程设计；（3）组装单电池，建立诊断、测试并改进质子交换膜-电极（三合一体）效能的技术；（4）组装30kW「电池堆，并建立诊断、测试、改进其效能的技术。神力公司研制成功的30kW质子交换膜燃料电池堆比功率达到：720WVL，708WVkg上海神力公司承担了国家科技部“九五”重大攻关项目“30kW质子交换膜燃料电池动力系统的研制”，在发展大功率、高比功率的PEM燃料电池技术上着重于以下工作：（1）针对大功率、高比功率PEMFC工作条件下的气、液传质与分配，热、水管理，密封等要求，采用国际上先进的PEM燃料电池堆工程设计与制造技术；（2）建立单电池测试性能诊断与改进技术，并发展高性能的PEM燃料电池三合一电极制作技术与工艺。

1导流板周边冷却技术可以不用导流冷却水的冷却夹板。

这样整个电池堆全部采用双极板（一面导氢气，另一面导氧化剂空气），大大提高整个电池堆的比功率。

2.2质子交换膜燃料电池中三合一电极性能对电池比功率影响（1）不同质子交换膜对三合一电极性能的影响三合一电极在某种特定的工作条件下可以用工作电压与输出电流强度来描述其工作性能，是燃料电池单电池采用不同类型的Nafion质子交换膜的性能曲线。

气计量比1空气计量比2.换膜具有较好的工作性能。Nafiorr1135质子交换膜比Nafion-115质子交换膜薄，但仍具有足够的牢度。我们采用Nafion-1135质子交换膜。

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充电温度：0~45℃
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-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

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（2）30kW「质子交换膜燃料电池堆的工作性能燃料电池在特定工作条件下的输出功率等于燃料电池工作电压乘上输出电流，随着输出电流从零不断增大，当电流大到一定程度时，燃料电池输出功率会达到最大值，当电流在增大到一定值时，输出功率反而降低。如所示，是30kWf质子交换膜燃料电池工作性能曲线。

气计量比1空气计量比2.5.如所示，是30kWf质子交换膜燃料电池输出功率与工作电流的性能曲线。

2.3质子交换膜燃料电池工作条件对电池比功率的影响（1）氢气、空气的运行压力对燃料电池比功率的影响对质子交换膜燃料电池工作条件来说，燃料氢气与空气的压力越高，燃料电池在输出相同的电压时输出的工作电流越大。但燃料电池运行压力越高，对外围运行辅助系统的要求越电源技术胡里清等：30kW高比功率质子交换膜燃料电池堆研制高，而且要消耗更多的额外功率。例如对空气输送设备空压机来说，压缩压力越高，压缩机耗不同压力下单电池的功率-电流曲线功越大。为了考虑整个燃料电池系统效率最高，一般应找到最佳的运行压力。本文中都采用2⑴kPa的运行压九使整个燃料电池系统具有较高的效率较大的比1反映了燃料电池堆的工作性能稳定性。

本文研究表明，PEM燃料电池工程设计与制作对PEMFC的结构紧凑、减小质量有重大影响，并且工程设计的各流道及流道孔的形状尺寸对提高PEMFC工作条件下传质、传热效率有重大较大的影响，所以PEMFC工程设计与制作对PEMFC比功率起决定性的影响；另外PEMFC电极性能对PEMFC的功比率有直接影响，只有在电极高电流密度工作条件下电极极化仍然较小，燃料电池堆才能达到较大的输出电压、电流（功率）。PEMFC整个运行系统的运行条件对PEMFC比功率也起到关键的作用。PEMFC必须在最佳的压力、温度及燃料、氧化剂计量比等条件下运行，达到整个系统的有效输出功率最大，而支持整个PEMFC运行系统运行的消耗功率达到较低的要求。

功率同时外围辅助运行系统耗功又不多。