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電源技術(shù)研究與設(shè)計(jì)30kW高比功率質(zhì)子交換膜燃料電池堆研制胡里清，李拯，夏建偉，吳昕，傅明竹（上海神力科技有限公司，上海20140⑴或電池堆的工作站；（2）大功率高比功率質(zhì)子交換膜燃料電池堆的工程設(shè)計(jì)；（3）組裝單電池，建立診斷、測(cè)試并改進(jìn)質(zhì)子交換膜-電極（三合一體）效能的技術(shù)；（4）組裝30kW「電池堆，并建立診斷、測(cè)試、改進(jìn)其效能的技術(shù)。神力公司研制成功的30kW質(zhì)子交換膜燃料電池堆比功率達(dá)到：720WVL，708WVkg上海神力公司承擔(dān)了國(guó)家科技部“九五”重大攻關(guān)項(xiàng)目“30kW質(zhì)子交換膜燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的研制”，在發(fā)展大功率、高比功率的PEM燃料電池技術(shù)上著重于以下工作：（1）針對(duì)大功率、高比功率PEMFC工作條件下的氣、液傳質(zhì)與分配，熱、水管理，密封等要求，采用國(guó)際上先進(jìn)的PEM燃料電池堆工程設(shè)計(jì)與制造技術(shù)；（2）建立單電池測(cè)試性能診斷與改進(jìn)技術(shù)，并發(fā)展高性能的PEM燃料電池三合一電極制作技術(shù)與工藝。

1導(dǎo)流板周邊冷卻技術(shù)可以不用導(dǎo)流冷卻水的冷卻夾板。

這樣整個(gè)電池堆全部采用雙極板（一面導(dǎo)氫氣，另一面導(dǎo)氧化劑空氣），大大提高整個(gè)電池堆的比功率。

2.2質(zhì)子交換膜燃料電池中三合一電極性能對(duì)電池比功率影響（1）不同質(zhì)子交換膜對(duì)三合一電極性能的影響三合一電極在某種特定的工作條件下可以用工作電壓與輸出電流強(qiáng)度來(lái)描述其工作性能，是燃料電池單電池采用不同類型的Nafion質(zhì)子交換膜的性能曲線。

氣計(jì)量比1空氣計(jì)量比2.換膜具有較好的工作性能。Nafiorr1135質(zhì)子交換膜比Nafion-115質(zhì)子交換膜薄，但仍具有足夠的牢度。我們采用Nafion-1135質(zhì)子交換膜。

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（2）30kW「質(zhì)子交換膜燃料電池堆的工作性能燃料電池在特定工作條件下的輸出功率等于燃料電池工作電壓乘上輸出電流，隨著輸出電流從零不斷增大，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)，燃料電池輸出功率會(huì)達(dá)到最大值，當(dāng)電流在增大到一定值時(shí)，輸出功率反而降低。如所示，是30kWf質(zhì)子交換膜燃料電池工作性能曲線。

氣計(jì)量比1空氣計(jì)量比2.5.如所示，是30kWf質(zhì)子交換膜燃料電池輸出功率與工作電流的性能曲線。

2.3質(zhì)子交換膜燃料電池工作條件對(duì)電池比功率的影響（1）氫氣、空氣的運(yùn)行壓力對(duì)燃料電池比功率的影響對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池工作條件來(lái)說(shuō)，燃料氫氣與空氣的壓力越高，燃料電池在輸出相同的電壓時(shí)輸出的工作電流越大。但燃料電池運(yùn)行壓力越高，對(duì)外圍運(yùn)行輔助系統(tǒng)的要求越電源技術(shù)胡里清等：30kW高比功率質(zhì)子交換膜燃料電池堆研制高，而且要消耗更多的額外功率。例如對(duì)空氣輸送設(shè)備空壓機(jī)來(lái)說(shuō)，壓縮壓力越高，壓縮機(jī)耗不同壓力下單電池的功率-電流曲線功越大。為了考慮整個(gè)燃料電池系統(tǒng)效率最高，一般應(yīng)找到最佳的運(yùn)行壓力。本文中都采用2⑴kPa的運(yùn)行壓九使整個(gè)燃料電池系統(tǒng)具有較高的效率較大的比1反映了燃料電池堆的工作性能穩(wěn)定性。

本文研究表明，PEM燃料電池工程設(shè)計(jì)與制作對(duì)PEMFC的結(jié)構(gòu)緊湊、減小質(zhì)量有重大影響，并且工程設(shè)計(jì)的各流道及流道孔的形狀尺寸對(duì)提高PEMFC工作條件下傳質(zhì)、傳熱效率有重大較大的影響，所以PEMFC工程設(shè)計(jì)與制作對(duì)PEMFC比功率起決定性的影響；另外PEMFC電極性能對(duì)PEMFC的功比率有直接影響，只有在電極高電流密度工作條件下電極極化仍然較小，燃料電池堆才能達(dá)到較大的輸出電壓、電流（功率）。PEMFC整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)行條件對(duì)PEMFC比功率也起到關(guān)鍵的作用。PEMFC必須在最佳的壓力、溫度及燃料、氧化劑計(jì)量比等條件下運(yùn)行，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的有效輸出功率最大，而支持整個(gè)PEMFC運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行的消耗功率達(dá)到較低的要求。

功率同時(shí)外圍輔助運(yùn)行系統(tǒng)耗功又不多。