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美国能源部DOE燃料电池系统技术目标(五)

时间:  2020-03-10 14:02  来源:  氢智会编译   作者:  郭阳阳

美国燃料电池技术办公室“多年研究、开发和示范(MYRD&D)计划”陈述了燃料电池技术办公室(FCTO)(隶属于美国能源部能效和可再生能源办公室(EERE))的所有活动目标、目的、技术目标、任务和时间表。MYRD&D计划是一份现成的文件,会定期进行修订以反映技术的进展,对发展时间表和目标的修订,基于外部审查的更新以及FCT办公室范围的变更。

该文件于2003年首次发布,并于2005年进行了修订。该文件在2012年进行了重大修订,以反映科学进步和不断变化的技术格局。对MYRD&D计划所做的任何修订均通过严格的变更控制流程进行,如本报告的“系统集成”部分所述。能源部内部的氢和燃料电池活动继续受到氢和燃料电池界利益相关者的广泛关注,其中包括国家研究委员会和美国国家工程院的专家组。

本次编译内容是文件的附件-PEM燃料电池及其组件测试方案。 美国能源部DOE燃料电池系统技术目标(四) 已发布一部分内容,此次为剩余部分内容。

表P.6中的极化方案为测试不同工作状态下MEA的性能提供了一种标准化方法,应按照目标表中指定的方法来评估性能和耐用性目标方面的进展。

a. 在整个测试过程中,以下参数是恒定的:阳极入口成分为80℃ 100%H2(不包括水蒸气),加湿至59°C露点,150kPa(绝对压力)出口压力;阴极进料温度为80°C,加湿至59°C露点,150kPa(绝对压力)出口压力;电池/电堆控制温度为80°C;设定点过渡时间为0 s。电流为0.2A/cm2或更大时,阳极和阴极的流量化学计量比分别为1.5和1.8,在较低电流下使用0.2A/cm2等效流量(受影响的点以灰色突出显示)。

应使用目标表P.7中指定的行驶工况方案来测试系统、电堆和MEA的寿命。该方案包含了燃料电池汽车典型运行期间预期出现的运行情况,但不包括与完全启动和关闭、低温运行、燃料不足和系统故障相关的情况。

a. 在整个测试中,以下参数是恒定的:阳极入口成分为80%H2/20%N2(不包括水蒸气),阴极入口成分为21%O2/79%N2(不包括水蒸气),阳极和阴极出口压力为101.3kPa(绝对压力),电池/电堆控制温度为80°C,设定点转换时间为0 s。

b. 行驶工况测试仅反映与湿式和干式循环运行相关的衰退损失。此测试中不包括其他相关压力源(启动/关闭和冷冻运行)。

c. 应使用如表P.9中所示的方案来恢复可逆损失,至少每24小时一次。

d. 步骤RH20中的5分钟保持时间旨在表示系统空闲点。

表P.8中的启动/关闭方案涉及氢气/空气领域通道,类似于燃料电池系统完全启动和关闭过程中所预料的领域。该领域可能通过大的电位波动,局部氧化和自由基形成而导致催化剂载体和其他电池组件快速降解。

a. 阳极气体为氢气或空气,具体取决于步骤。所有步骤中阴极气体应是空气,流量对应电流密度为1.0A/cm2时化学计量比为2。

b. 进行步骤2之前,先达到稳态运行。

c. 阳极流量必须由特定的电池结构确定,且应与0.3s的平均停留时间相对应。电池电压应在1s内降至<0.1V(~3次体积交换)。

预计在燃料电池测试期间会发生各种降解机制,包括可逆和不可逆机制。应使用目标表P.9中指定的MEA恢复方案在性能测试之前恢复可逆损失。

a. 在整个测试中,以下参数是恒定的:阳极和阴极进口RH=100%,阳极和阴极出口压力150kPa(绝对压力)。电池温度应设置为即将进行诊断测试的温度。

车用燃料电池系统的空气压缩机应能够完成表P.10方案中的所有测试,且无明显磨损或破损。在完成本方案中的测试后,压缩机应能保持满足所有性能指标。

该方案代表了一套有限的基本筛选和耐久性试验测试。对一个完整的工程产品期望满足的耐久性测试来说这不是一套完整的方案。

车用燃料电池系统的加湿器应能够完成表P.11方案中的所有测试,且无明显磨损或破损。方案中每个测试完成后的泄漏率应小于15 SLPM(基于干燥空气,干燥侧为50kPa,湿侧为环境压力)。水传输速率的所有降低都应表示少于BOL传输速率损失的10%。

该方案代表了一套有限的基本筛选和耐久性试验测试。对一个完整的工程产品期望满足的耐久性测试来说这不是一套完整的方案。

“满流量条件”是指以下条件下的干燥空气输入:3000 SLPM干燥气体流量,183 kPa(绝对压力),80°C和0% RH。潮湿空气输入:2600 SLPM干燥气体流量,160kPa(绝对压力),80°C和85% RH。



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