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Progresses on two-phase modeling of proton exchange membrane water electrolyzer
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作者 Boshi Xu Tao Ouyang +8 位作者 Yang Wang Yang Yang Jun Li Liangliang Jiang Chaozhong Qin dingding ye Rong Chen Xun Zhu Qiang Liao 《Energy Reviews》 2024年第3期30-57,共28页
The Proton Exchange Membrane(PEM)water electrolyzer is considered one of the promising energy storing means for harnessing variable renewable energy sources to produce hydrogen.Understanding the internal fluid dynamic... The Proton Exchange Membrane(PEM)water electrolyzer is considered one of the promising energy storing means for harnessing variable renewable energy sources to produce hydrogen.Understanding the internal fluid dynamics,which are often challenging to directly observe experimentally,has prompted the use of numerical models to investigate two-phase flow within PEM water electrolyzers.In this study,we provide a comprehensive review of prior research focusing on two-phase modeling of PEM electrolyzers,encompassing both components at mesoscopic scales and the full electrolyzer at the macroscopic level.We delve into the specifics of various modeling approaches for two-phase flow at different scales and summarize and discuss the current state of the art in the field.Presently,two-phase models for the full electrolyzer predominantly employ a macroscopic homogeneous assumption.However,mesoscopic and microscopic models capable of tracking phase interfaces are limited to components.Challenges persist in integrating various modeling scales into a comprehensive electrolyzer model,particularly in coupling two-phase flow between the channels and porous media.Future efforts should focus on developing multi-scale models and simulating two-phase flow under fluctuating input conditions.Additionally,given the structural similarities between PEM water electrolyzers and PEM fuel cells,we compare and discuss differences in two-phase modeling between the two technologies.This work offers the insights for researchers in the field of modeling of PEM water electrolyzers and even fuel cells. 展开更多
关键词 Proton exchange membrane(PEM)water ELECTROLYZER Two-phase model Multiscale modeling Water management Numerical simulation
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基于水凝胶固态电解质的燃料/电解液储供一体化微型燃料电池 被引量:2
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作者 邢楷 杨扬 +3 位作者 朱恂 叶丁丁 陈蓉 廖强 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第28期3487-3496,共10页
燃料电池是一种能量转化效率高、对环境友好的清洁能源装置,但现有燃料电池需要质子交换膜及燃料储存供应系统,限制了其便携化、微型化的发展.水凝胶作为一种三维交联聚合物网络固态电解质,内部多孔交联结构可实现吸水保水能力,在大比... 燃料电池是一种能量转化效率高、对环境友好的清洁能源装置,但现有燃料电池需要质子交换膜及燃料储存供应系统,限制了其便携化、微型化的发展.水凝胶作为一种三维交联聚合物网络固态电解质,内部多孔交联结构可实现吸水保水能力,在大比表面上可实现快速的物质传输.为简化燃料电池结构,提高系统便携化、微型化,本文使用循环冻融法制备聚乙烯醇水凝胶,利用水凝胶的保水性和离子导电性,将水凝胶作为燃料电池固态电解质,实现了燃料/电解液储供一体化.本文探究了制备条件对水凝胶电解质溶胀性能及导电性能的影响,结果表明,质量分数为5%的聚乙烯醇水凝胶可达到45%的溶胀率及173.61mS/cm的离子电导率,所组装的燃料电池系统功率密度和电流密度分别达到2.5mW/cm^(2)和15.2mA/cm^(2),使得水凝胶有望提高微型燃料电池便携化. 展开更多
关键词 聚乙烯醇水凝胶 微型燃料电池 固态电解质 溶胀性 离子电导率
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表面改性水热自生长SnO_(2)碳布电极电化学还原CO_(2)性能 被引量:2
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作者 张宇航 叶丁丁 +3 位作者 朱恂 杨扬 陈蓉 廖强 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第26期3488-3496,共9页
电化学还原CO_(2)是一种有效的CO_(2)转化及利用方法,但是由于CO_(2)在电解质溶液中溶解度较低,限制了其电化学还原性能.为增加电极-溶液-CO_(2)的三相反应界面,本文通过水热自生长的方法在碳布基底上制备SnO_(2)纳米片催化剂,利用三甲... 电化学还原CO_(2)是一种有效的CO_(2)转化及利用方法,但是由于CO_(2)在电解质溶液中溶解度较低,限制了其电化学还原性能.为增加电极-溶液-CO_(2)的三相反应界面,本文通过水热自生长的方法在碳布基底上制备SnO_(2)纳米片催化剂,利用三甲氧基硅烷修饰电极使其表面具有疏水性,研究了疏水电极与亲水电极的微观形貌和元素价态,对比了疏水电极与亲水电极的表面浸润性、双电层电容、塔菲尔斜率和电化学阻抗,并在不同电位下进行了电化学还原性能测试.实验结果表明,与亲水电极相比,表面改性后的疏水电极具有更低的塔菲尔斜率和传质阻力,表现出更优的电化学还原性能;在-1.8 V(vs.Ag/AgCl)电解电位下,电流密度为(28.0±0.6)mA cm^(-2),法拉第效率为77.2%±1.9%,比亲水电极的法拉第效率提高了14.7%;经12 h的电解测试后仍可维持72.6%的法拉第效率. 展开更多
关键词 电化学还原 二氧化碳 SnO_(2)纳米片 表面改性 三相反应界面
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阳极流道具有微孔阵列的被动式纸基微流体燃料电池性能特性 被引量:1
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作者 文金玲 叶丁丁 +3 位作者 朱恂 张彪 陈蓉 廖强 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第23期2527-2534,共8页
纸基微流体燃料电池利用纸多孔介质内毛细渗流实现了阴阳极反应物被动输运和自然分隔,去除了质子交换膜和微泵,是基于电化学反应的新一代纸基微流控芯片理想的新型微型电源.针对常规纸基微流体燃料电池存在的燃料传质限制,本文提出阳极... 纸基微流体燃料电池利用纸多孔介质内毛细渗流实现了阴阳极反应物被动输运和自然分隔,去除了质子交换膜和微泵,是基于电化学反应的新一代纸基微流控芯片理想的新型微型电源.针对常规纸基微流体燃料电池存在的燃料传质限制,本文提出阳极流道具有微孔阵列的新型电池结构,利用微孔阵列强化燃料的对流/扩散传质提高电池性能,研究了阴阳极间距、电极长度、燃料浓度及电解液浓度对电池性能特性的影响.研究结果表明,阳极流道内微孔阵列能够强化燃料传质并降低离子传输阻力,使得阳极流道具有微孔阵列的纸基微流体燃料电池最大功率密度提高41.2%;减少阴阳极间距有利于降低离子传输阻力,而且阴极电解液流速大于阳极电解液流速,抑制了燃料渗透,使得电池性能提升;电池性能随燃料和电解液浓度上升先升高后降低.当阴阳极间距为1.0 mm,电极长度为5.0 mm,燃料和电解液浓度均为2.0 mol/L时,电池性能达到最优,其最大功率密度为29.7 mW/cm^2. 展开更多
关键词 纸基微流体燃料电池 微孔阵列 燃料传质 电池性能
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