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海洋动载荷下船用PEMEC多物理传输建模及影响分析
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作者 金亚东 李悦 +1 位作者 杨超 阚安康 《上海海事大学学报》 北大核心 2025年第1期128-135,共8页
为探究船用质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell,PEMEC)在海洋动载荷下的多相流动过程和电解反应性能,采用数值模拟方法构建包含多物理场传递和电解反应的三维非稳态数学模型,预测典型海洋动载荷下的水电解制... 为探究船用质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell,PEMEC)在海洋动载荷下的多相流动过程和电解反应性能,采用数值模拟方法构建包含多物理场传递和电解反应的三维非稳态数学模型,预测典型海洋动载荷下的水电解制氢过程,并通过实验验证了模型的准确性,误差小于5%。结果表明:海洋动载荷主要影响PEMEC阳极侧多相流的黏性和惯性作用。摇荡载荷导致低黏性的氧气运动滞后而在阳极多孔电极内分布不均匀。纵摇载荷下氧气浓度分布为0.0140~0.0318 kmol/m^(3),电解电流密度比稳态工况的低9.77%。垂荡载荷有利于改善氧气沿电极厚度方向的输送,氧气浓度降低38.14%~77.73%。研究证明摇摆载荷对PEMEC多相流传输和电解性能不利,而垂荡载荷会强化多相流传输和电解性能。 展开更多
关键词 质子交换膜电解池(pemec) 海洋动载荷 多自由度 多物理场
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质子交换膜电解槽蛇形流道数值模拟 被引量:2
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作者 周俊杰 牛万源 +1 位作者 汤松臻 石焯云 《低温与超导》 CAS 北大核心 2024年第5期56-62,共7页
阴阳极流道作为质子交换膜电解槽(PEMEC)中的重要结构,对电解槽传热传质和电解性能均起到关键作用,本文在COMSOL中建立了蛇形流道PEMEC,并选用平行流道作为对比,分析了两种流道结构对PEMEC电解性能和传热传质性能的影响。研究表明,流道... 阴阳极流道作为质子交换膜电解槽(PEMEC)中的重要结构,对电解槽传热传质和电解性能均起到关键作用,本文在COMSOL中建立了蛇形流道PEMEC,并选用平行流道作为对比,分析了两种流道结构对PEMEC电解性能和传热传质性能的影响。研究表明,流道结构对PEM电解槽的极化性能影响较小,但从液态水摩尔分数可以侧面发现,蛇形流道电解性能低于平行流道,但蛇形流道的散热能力远高于平行流道,在2.4 V时蛇形流道的电解槽比平行流道质子交换膜的最高温度下降73.3%,提高了质子交换膜的使用寿命与安全性,为后续PEM电解槽流道选择和优化提供了指导方向。 展开更多
关键词 电解制氢 pemec 流道结构 COMSOL
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循环压缩对PEM电解池性能的影响
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作者 张威 罗马吉 +1 位作者 刘成 周威 《江苏大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2022年第6期645-649,656,共6页
针对质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell, PEMEC)组件在使用过程中可能会发生损坏,需要重复装配和拆卸电解池进行更换或维修操作等问题,研究了循环加载压力对PEM电解池性能的影响,对循环试验前后的多孔扩散层... 针对质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell, PEMEC)组件在使用过程中可能会发生损坏,需要重复装配和拆卸电解池进行更换或维修操作等问题,研究了循环加载压力对PEM电解池性能的影响,对循环试验前后的多孔扩散层(porous transport layer, PTL)表面形貌进行了SEM(scanning electron microscope)电镜表征.结果表明:循环压缩后,PTL的结构发生不可逆的变化,从而影响电解池的性能;在高电流密度区间,电解池性能受循环压缩影响幅度呈现缓慢下降趋势;在较高夹紧压力下,循环压缩次数的增加对电解池性能影响逐渐减弱,适当提高装配压力可以减小重复装配对电解池性能的不利影响. 展开更多
关键词 质子交换膜电解池 循环压缩 压力加载 多孔扩散层 SEM
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质子交换膜水电解流道结构优化研究
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作者 蒲东义 张硌 +3 位作者 胡松 陈东方 李跃华 徐晓明 《汽车安全与节能学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期848-855,共8页
研究了质子交换膜电解电池(PEMEC)内流场结构对于水电解反应物质的传输与转移的影响。通过仿真软件COMSOL建模,改变PEMEC流道宽度与流道脊宽度之比(流道脊宽比,γ)与流道数目(λ),研究在流道宽度固定为1 mm的情况下,γ与λ变化对PEMEC... 研究了质子交换膜电解电池(PEMEC)内流场结构对于水电解反应物质的传输与转移的影响。通过仿真软件COMSOL建模,改变PEMEC流道宽度与流道脊宽度之比(流道脊宽比,γ)与流道数目(λ),研究在流道宽度固定为1 mm的情况下,γ与λ变化对PEMEC性能的影响。结果表明:当γ=1时的电解质电流密度最高,比γ=2时的电池电流密度高6.9%,比γ=3时的电流密度高13.8%;当λ增加时,PEMEC性能会发生较大变化。当固定γ=1时,流道数目λ的增加会增大PEMEC流道压降,有利于电流密度与氧气的均匀分布,从而提升PEMEC性能,增大电流密度;但增加流道数目,也会增大流阻,影响氧气排出。 展开更多
关键词 质子交换膜电解电池(pemec) 软件COMSOL建模 流道脊宽比 流道数目 压降
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整流器拓扑结构与电解特性对质子交换膜电解池比能耗影响 被引量:3
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作者 董雁楠 李相俊 +3 位作者 韩子娇 高磊 马少华 姚鑫 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期4131-4141,共11页
整流器拓扑结构与电解特性是影响质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell,PEMEC)比能耗的主要因素。对此,考虑了电解特性中的电化学反应和电堆温度对电压模型的影响,建立了PEMEC电压灰箱模型。该模型用于研究不... 整流器拓扑结构与电解特性是影响质子交换膜电解池(proton exchange membrane electrolysis cell,PEMEC)比能耗的主要因素。对此,考虑了电解特性中的电化学反应和电堆温度对电压模型的影响,建立了PEMEC电压灰箱模型。该模型用于研究不同电堆温度、电网供电电压及电堆电流条件下,6脉波桥式、12脉波桥式与基于脉宽调制(pulse width modulation,PWM)电流型3种整流器拓扑结构及理想直流电源对PEMEC比能耗的影响。研究结果表明,相较于6脉波桥式和12脉波桥式整流器,PWM电流型整流器具有更低的电解池比能耗,并与理想直流电源条件下计算结果相近。电解池比能耗随着电堆温度的升高而减小,随着电网供电电压和电堆电流的升高而增大。研究为多种运行工况下不同整流器拓扑结构的电解池比能耗计算提供了有效途径。 展开更多
关键词 整流器拓扑结构 电解特性 质子交换膜电解池 比能耗 电堆温度
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Poisoning effects of sodium ion contamination in proton exchange membrane electrolysis cell based on segmented diagnostic method
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作者 Zhi Liu Jinde Hao +3 位作者 Ronghua Yao Zongyang Yu Kui Jiao Zhenyu Tian 《Carbon Neutrality》 2025年第1期180-192,共13页
The proton exchange membrane electrolysis cells(PEMECs)are electrochemical devices that efficiently produce high-purity hydrogen via electrical energy conversion,making them widely applicable in renewable energy stora... The proton exchange membrane electrolysis cells(PEMECs)are electrochemical devices that efficiently produce high-purity hydrogen via electrical energy conversion,making them widely applicable in renewable energy storage and hydrogen infrastructure development.However,the external sodium ion(Na^(+))contamination can severely damage the catalyst layer and membrane in PEMEC,causing significant performance degradation.Therefore,a segmented diagnostic platform for PEMEC is developed to analyze the poisoning effects of Na^(+)contamination on a large scale PEMEC under various operating conditions.The results demonstrate that during the cycle test,the Na^(+)poisoning process is defined as three distinct stages of initial,sustained and stable contamination stages.An increased Na^(+)concentration enhances the occupations of active sites on the catalyst layer,resulting in significant voltage spike,dynamic voltage fluctuations,non-uniformity distributions of current density and temperature.Both the low water flow rate and high operating temperature improve the chemical reaction and PEMEC performance at high current density.The deionized water flushing will dissolve Na^(+)on the catalyst layer surface and realize 2.17%decrease in voltage at 2.0 A cm^(-2) after three cycles.This study is beneficial to consolidate the understanding of poisoning effects of sodium ion contamination in PEMEC under various operating conditions,thereby overcoming the obstacles for commercial application of green hydrogen production technology. 展开更多
关键词 Segmented pemec Sodium ion contamination Local current density distribution Na^(+)concentration Recovery cycle test
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