基于微观格点模型模拟PEMFC定向结构催化层
“催化科学”重点专项2022年度项目申报指南
“催化科学”重点专项2022年度项目申报指南“催化科学”重点专项总体目标是：阐明催化反应过程中化学键的活化、定向构建规律和机理，发展相关理论；研制一系列高效催化剂和相关的精准催化过程，实现精细化学品和功能材料生产的技术突破；创新可再生能源催化理论和过程。
通过系统任务部署，推动我国催化科学快速发展，在若干重要方向实现引领；促进高效清洁催化技术转移转化，为我国经济社会绿色和可持续发展提供科技支撑。
2022年度指南围绕催化基础与前沿交叉、催化剂创制、催化原位动态表征与模拟、可再生能源转化与存储的催化科学、化石资源转化的催化科学、环境友好与碳循环的催化科学等6个重点任务进行部署，拟支持26个项目，同时拟支持20个青年科学家项目。
指南方向7是青年科学家项目，也可参考重要支持方向（标*的方向）组织项目申报，但不受研究内容和考核指标限制。
青年科学家项目不再下设课题。
1.催化基础与前沿交叉1.1高效人工光合作用催化体系研究研究内容：开展仿叶绿体催化反应器的研究，开发具有高能量转化效率、模拟生物催化反应器功能的人工光合反应体系。
针对太阳能光催化CO2还原制化学品效率低的挑战，发展新型多金属催化中心协同光催化体系，高选择性生产CO、甲酸、甲醇等化学品；探索催化中心与光捕获中心在微纳尺度上有效集成的新方法；发展新型半导体Z型异质结的构筑策略，提高光催化CO2还原效率；建立高时空原位技术探究光催化反应过程与中间体，揭示工况条件下光合作用催化体系的作用机制。
考核指标：开发2-3个人工光合作用新体系，实现高效、高选择性CO2还原制备CO、甲酸、甲醇等化学品，太阳能制化学品效率超过2%，产物选择性>90%，建立可规模化应用示范装置，标准太阳光下稳定运行100小时以上。
1.2仿生限域超流界面化学反应开展纳米限域超流化学反应研究，发展高产率、高选择性和低能耗的定向输运化学反应技术。
建立限域通道的尺寸、表面化学结构、通道内的反应物分子通量、反应物状态等参数与化学反应速率、产率和立体选择性等性能之间的关系；构建高反应产率（约100%）、高选择性（约100%）和低能耗（室温）的膜反应体系，并阐明仿生限域超流化学反应机理；通过精确调控界面结构、浸润性与外场（光、电、热），实现目标产物的高通量、高选择性催化合成，揭示三相等界面物理传质与化学转化全过程的微观动力学机制。
PEMFC电化学建模及其PID控制
V cell = EN ernst - V EN ernst 为单电池的可逆电动势 , Vact 为阴阳极活化过电
压 , Vohm i 为欧姆极化过电压 。( 1) 式中的第一项表示在没有
负载时电池工作的开路电压 ,其余二项表示第一项电压的减
少量 ,从而得到 Vcell,即供给外电路实际电压值 。 外电路开路时 ,可逆电动势是在热动态平衡条件下获得
要因素 。
PEM FC 是 一 个
时变 、非线性的强耦
合系统 , 在其工作中
易受到负载 、温度和
膜的湿度变化等干扰
因素的影响 , 因此对 我们采用增量式 P ID
图 2 PEM FC 的 P ID 控制结构
控制算法 ,并对其三个参数进行调整 ,调整气体压力使输出
电压达到理想值 ,其控制结构图如 2所示 。
A BSTRACT: The mode l of p ro ton exchange m em brane fue l ce ll ( PEM FC) is hard to be u sed in the design of contro l system at p re sent, so a e lec trochem ical m ethod is pu t fo rwa rd to estab lish PEM FC m athem a tic s mode l, and the P ID a lgo rithm is adop ted to con tro l the outpu t vo ltage. Firstly, ana lyzing the ope ra tion m echanism w ith in PEM FC, and adop ting the elec trochem ica l m e thod to estab lish its m a them a tic model; then a ssum ing under the situa tion that the exte rnal load curren t in te rfe re s, the ope ra ting tempe ra ture of PEM FC stabilizes in 80 ℃. A nd se tting up the mode l of system under the environm en t of M atlab / sim ulink and sim ula ting the dynam ic change course of ou tp ut vo ltage; u sing P ID a lgo rithm to contro l the inle t ga s p re ssure of anode and ca thode of stack to m ake the ou tp ut vo ltage of PEM FC system reach the setting value. Sim ula tion results show that this model can reflec t the dynam ic charac te ristic of powe r gene ration system , and P ID a lgo rithm can be u sed in the contro l system of PEM FC. KEYW O RD S: Pro ton exchange m em b rane fue l cell ( PEM FC) ; Elec trochem ica l modeling; Propo rtion - integral - differen tia l a lgo rithm
计算材料学概述之蒙特卡洛方法详解课件
组合优化方法
针对组合优化问题，通过随机搜索和迭代优 化求解。
分子动力学模拟中的蒙特卡洛方法
01
分子动力学模拟是一种基于物理 模型的模拟方法，通过蒙特卡洛 方法可以模拟分子间的相互作用 和运动轨迹。
02
蒙特卡洛方法在分子动力学模拟 中主要用于求解势能面和分子运 动轨迹，通过随机抽样和迭代优 化实现分子运动状态的模拟。
重要性
随着科技的发展，计算材料学已成为 材料科学研究中不可或缺的工具，有 助于加速新材料的发现和优化现有材 料的性能。
计算材料学的主要研究方法
分子动力学模拟
01
基于原子或分子的动力学行为，模拟材料的微观结构和动态性
质。
蒙特卡洛方法
02
通过随机抽样和概率统计方法研究材料的宏观性质和相变行为
。
密度泛函理论
蒙特卡洛方法可以与分子动力学模拟结合，实现更精确的原子尺 度模拟。
元胞自动机
蒙特卡洛方法可以与元胞自动机结合，模拟复杂系统的演化过程。
有限元分析
蒙特卡洛方法可以与有限元分析结合，实现更高效的数值计算。
蒙特卡洛方法在材料设计中的应用前景
新材料发现
蒙特卡洛方法可用于预测新材料性能，加速新材料发现和开发进 程。
总结词
通过蒙特卡洛方法模拟复合材料的界面行为，包括界面润湿性、粘附力和传质过程等。
详细描述
利用蒙特卡洛方法模拟复合材料的界面行为，分析不同组分间的相互作用和界面结构， 预测材料的界面润湿性、粘附力和传质过程等性能，为复合材料的制备和应用提供理论
依据和技术支持。
蒙特卡洛方法的发
05
展趋势与展望
蒙特卡洛方法的未来发展方向
计算统计量
根据模型和抽样结 果，计算所需的统 计量或系统参数。
基于科赫曲线的PEMFC新型流道设计
质子交换膜燃料电池流道结构对反应气体流动、热交换、电化学反应具有重要影响。
目前，常见流道集中在蛇形、叉指形、点状形、波浪形、平行直流道以及相关改进流道，且在气体均匀性、水管理性能和输出性能上仍有待改进。
受数学几何领域的科赫曲线启发，本团队提出了一种新型流道结构，即以圆心为中心向四周辐射，并在6条主干流道的基础上依次添加不同级别的分支流道，最终形成30个流道出口。
建立三维稳态单向等温的燃料电池模型，在工作温度为60 ℃，进气相对湿度为100%工况下，搭建燃料电池测试平台进行实验，并借助ANSYS Fluent 2020进行仿真，模型仿真结果与实验结果基本吻合，验证了模型的有效性。
将新型流道与传统蛇形流道仿真结果进行比较，分析膜电极电流密度、流道氧气质量分布、流道与气体扩散层交界面水质量分布、膜水含量、流道压力等，结果表明，相比蛇形流道，新型流道的进排气口压降较小、流速较慢，但具有反应气体分布更均匀、水管理效果更好和膜电流密度、输出功率更高等优势，且峰值电流密度增加9.60%、峰值功率密度增加12.70%，有望为燃料电池流道结构创新提供新的思路。
关键词质子交换膜燃料电池；科赫曲线；新型流道；数值模拟燃料电池是一种电化学能量转换装置，能够直接将化学能转换为电能，且不受卡诺循环限制，具有较高的能量利用率。
其中，质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)因其高效、清洁、噪声小、功率密度高、工作温度低、启停响应快等优点受到全球广泛关注。
然而PEMFC大规模商业化过程仍然存在如耐久性、内部组分分布不均导致的输出性能降低等技术问题。
双极板是PEMFC中的一个重要结构，具有支撑电池、传导电子、输送反应气体、传导散热、排除水分等作用，可以考虑通过改进极板内部流道设计来提升PEMFC整体性能，加速PEMFC发展。
此外，良好的流道设计可以促进反应气体在活性区的均匀分布，并确保传质的效率和稳定性，降低反应气体的压力损失、寄生功率。
PEMFC催化层的Monte Carlo模拟的开题报告
PEMFC催化层的Monte Carlo模拟的开题报告1. 研究背景燃料电池作为一种环保清洁、高效节能的新型能源转换技术，具有众多的优点。
其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）由于其高能量密度、响应迅速、操作温度低等优点，被广泛应用于汽车、船舶等领域。
同时，研究氧化还原反应的速率与反应机理对于提高PEMFC的性能具有至关重要的意义。
PEMFC的催化层是由贵金属催化剂（如铂、钯、银）和碳载体组成的复合材料，其中贵金属的浓度和分布对催化层的性能具有重要的影响。
目前常见的方法是通过电化学和表面化学方法来确定催化层的性能和分布，但这些方法存在一定的局限性。
而Monte Carlo模拟则可以模拟催化剂分布、反应物分布以及反应过程中的各种物理化学现象，能够更加准确地预测反应速率和性能，是一种非常有效的研究方法。
2. 研究目的本研究旨在利用Monte Carlo模拟方法研究PEMFC催化层的贵金属分布和反应过程，探究分布对反应速率和性能的影响，并从分子层面上分析催化层中反应物和产物的生成过程和机理，为燃料电池的优化设计提供理论指导。
3. 研究内容和方法（1）PEMFC催化层的贵金属分布模拟方法，包括随机分配法、正态分布法等方法，比较各种方法的优缺点并确定使用的方法。
（2）基于Monte Carlo模拟，建立PEMFC催化层的反应模型，考虑贵金属颗粒的大小、形态、浓度、稳定性等因素，通过调节模型参数来探究催化剂分布和反应速率的关系。
（3）利用Monte Carlo模拟研究氧化还原反应机理和过程，比较模拟结果与实验结果，验证模型的可靠性。
4. 预期成果（1）研究PEMFC催化层的贵金属分布和反应机理，揭示分布对反应速率和性能的影响。
（2）建立PEMFC催化层的反应模型，为优化催化层设计提供理论指导。
（3）提供一种精准、可靠的Monte Carlo模拟方法，为燃料电池相关研究提供参考。
5. 研究时间计划本研究计划于2022年6月正式启动，首先进行理论研究和建模工作，然后进行数值模拟和实验验证，最终完成论文撰写和成果总结。
自演化分子动力学蒙特卡罗方法
自演化分子动力学蒙特卡罗方法自演化分子动力学蒙特卡罗方法（Self-Evolving Molecular Dynamics Monte Carlo，简称SEMDMC）是一种用于模拟复杂多体系统的计算方法。
该方法结合了分子动力学（MD）和蒙特卡罗（MC）方法的优势，能够在较低的计算成本下获得更准确的模拟结果。
一、SEMDMC方法的基本原理SEMDMC方法的基本原理是将模拟系统分为两部分：演化部分和非演化部分。
演化部分由一组有限数量的粒子组成，这些粒子相互作用并遵循牛顿运动定律。
非演化部分由系统的其余部分组成，被视为静态背景。
在模拟过程中，演化部分的粒子会根据牛顿运动定律进行运动。
同时，会使用MC方法对非演化部分进行采样。
通过不断迭代演化部分和非演化部分，可以获得系统的完整配置空间信息。
二、SEMDMC方法的优势SEMDMC方法具有以下优势：1．能够模拟复杂多体系统：SEMDMC方法可以模拟包含大量粒子的复杂系统，例如生物大分子、材料等。
2．计算效率高：SEMDMC方法结合了MD和MC方法的优势，在较低的计算成本下获得更准确的模拟结果。
3．具有良好的可扩展性：SEMDMC方法可以并行化，从而提高计算效率。
三、SEMDMC方法的应用SEMDMC方法已被广泛应用于材料科学、生物物理、化学等领域。
例如，SEMDMC方法已被用于模拟蛋白质折叠、纳米材料的结构和性能等。
四、以下是一些SEMDMC方法的应用实例：1．模拟蛋白质折叠：SEMDMC方法已被用于模拟蛋白质折叠过程。
通过模拟，可以获得蛋白质折叠的自由能景观，从而了解蛋白质折叠的机制。
2．模拟纳米材料的结构和性能：SEMDMC方法已被用于模拟纳米材料的结构和性能。
通过模拟，可以获得纳米材料的原子结构、电子结构、力学性能等信息。
五、总结SEMDMC方法是一种用于模拟复杂多体系统的计算方法。
该方法具有计算效率高、可扩展性好等优势，已被广泛应用于材料科学、生物物理、化学等领域。
考虑催化层中气液态水影响的PEMFC微观模型
物 理化 学学￣（ Ｗ ｕ ｌ ｉ Ｈｕ ａ ｘ ｕ ｅ Ｘ ｕ ｅ ｂ ａ ｏ Ａｃ ｔ ａ Ｐ ． 一 Ｃ ｈ ｉ ｍ． Ｓ ｉ ｎ ． ２ ０ １ ３ ， ２ ９（ ３ ） ， ５ ５ ９ － ５ ６ ８
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ８ ６ ６ ／ Ｐ ＫＵ． ＷＨＸ Ｂ ２ ０ １ ３ ０ １ ０ ８ ２
摘要： 在考虑气 、 液两相水影响的条件下基于微观格 点催化层模 型对聚 合物膜燃 料电池（ Ｐ Ｅ ＭＦ Ｃ） 性能进行 了 模拟． 通过氧浓度分布和反应速率分布 的比较， 说 明了同时考虑催化层 中气 、 液 两相水影 响的必要性． 模拟分析 了液 态水体积 分数 、 氧气浓度及 氧还原 反应 速率等在 阴极催化层 中的分布 情况和影 响因素． 考察 了不 同程度
ｄ ｅ ｍｏｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄｉ ｎ ｇ ｌ ｉ ｑ ｕ ｉ ｄ ａｎ ｄ ｇ ａ ｓ ｅ ｏｕ ｓ ｗａ ｔ ｅｒ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ｍｉ ｃ ｒ ｏｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ．
５ ５ ９
［ Ａｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ］
ｗｗ ｗ． ｗ ｈ ｘ ｂ ． ｐ ｋ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
考虑催 化层 中气 液态水 影响的 Ｐ Ｅ ＭＦ Ｃ微观模型
陈秋 香 ’ 张洁婧 王宇新
（ 天津大学化工学院， 化学工程联合国家重点实验室， 天津 ３ ０ ０ ０ ７ ２ ； 吉林农 业大学生命科 学学 院， 长春 １ ３ ０ １ １ ８ ）
Ｔｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｇｒ ｅ ｅ ｏ ｆ ｌ ｉ ｑ ｕ ｉ ｄ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎ ｃ ｏｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ａ ｎ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｏ ｘ ｙ ｇｅ ｎ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｉ ｔ ｈ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ Ｉ ａ ｙ ｅ ｒ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ． ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ． Ｗａ ｔ ｅ ｒ‘ ｆ ｌ ｏ ｏ ｄ ｉ ｎ ｇ’ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ Ｉ ａ ｙ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ａ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｎ ｔ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏｎ ＰＥＭＦ Ｃ ｐ ｅ ｆ ｒ ｏｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ． Ｈｉ ｇｈ ｅ ｒ ｃ ａ ｔ ａｌ ｙ ｓ ｔ
基于模糊建模技术的PEMFC非线性控制
基于模糊建模技术的PEMFC非线性控制李曦;曹广益;朱新坚;付晓薇【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2005(029)004【摘要】针对PEMFC等一类具有严重非线性的复杂被控对象,提出一种基于模糊模型的非线性预测控制算法对PEM-FC系统进行建模与控制.在建模与控制过程中,采用离线学习和在线修正辨识出对象的模糊模型;其中,模型的参数通过模糊聚类初始化和离线反向传播算法进行学习,必要时,可通过在线调整后件参数,使模型的预测精度能满足实时控制的需要.线性辨识方法在线建立PEMFC控制系统的T-S模糊预测模型,然后基于分支定界法的基本原理对控制量进行离散寻优,从而实现PEMFC的非线性预测控制.仿真和实验结果证明了该算法的有效性和优越性.【总页数】5页(P245-249)【作者】李曦;曹广益;朱新坚;付晓薇【作者单位】上海交通大学,电信学院,自动化系燃料电池研究所,上海,200030;上海交通大学,电信学院,自动化系燃料电池研究所,上海,200030;上海交通大学,电信学院,自动化系燃料电池研究所,上海,200030;武汉科技大学,计算机学院,湖北,武汉,430081【正文语种】中文【中图分类】TM911.4;TP183【相关文献】1.基于Matlab/Simulink的PEMFC建模与非线性控制 [J], 杨顺风;朱星光;徐翥2.基于模糊建模的非线性鲁棒模型预测控制 [J], 刘志远;周建锁;裴润;陈虹3.基于自抗扰技术的柴油机SCR装置非线性控制器设计与仿真 [J], 刘丙善4.基于非线性控制模型的优化控制技术在超超临界机组应用 [J], 卢松城5.基于一种改进自适应模糊神经技术的PEMFC系统建模和控制 [J], 卫东;曹广益;朱新坚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
质子交换膜燃料电池微孔层CFD模型研究
significantly affected by the multilayer structure of the fuel cell. The increase of the air excess coefficient can improve the
output performance of the fuel cell. The polarization curve of the fuel cell in the simulation results shows the validity of the
对 PEMFC 的数值模拟研究可以实现优化设计、节 约试验成本以及提高科研效率。PEMFC 的仿真模型经 历了从一维、二维到三维的发展过程，模型的精细程度 也在逐步提高[3–5]。近年来，利用计算流体力学（Compu⁃
*基金项目：上海市青年科技英才扬帆计划（18YF1424300）；国家重点研发计划新能源专项（2017YFB0103102）； 同济大学优秀青年人才培养行动计划（1700219153）。
算，重点研究了稳态条件下的组分参数与水分布，以及阴极空气过量系数对燃料电池输出性能的影响。计算结果表明，氢
气、氧气、水分与局部电流等参数具有明显的空间分布，受燃料电池多层结构的影响明显，空气过量系数的增大可以提升燃
料电池的输出性能。仿真结果中燃料电池的极化曲线表明了模型的有效性，液态水的分布证明了在燃料电池仿真建模中
Energy, Tsinghua University, Beijing 100084） 【Abstract】In order to establish a three- dimensional fluid model of a proton exchange membrane fuel cell with a
一种考虑催化层结构参数的PEMFC气相模型
一种考虑催化层结构参数的PEMFC气相模型杜新;王路路;王金龙;吴利荣【摘要】质子交换膜燃料电池的结构设计对燃料电池车的开发具有重要意义.目前的电池模型通常把催化层简化成一层薄膜,作为边界条件使用,无法分析催化层结构对电池性能的影响.建立了考虑催化层结构参数的一维气相模型,通过有限元法研究电池内部的流场和电场分布.仿真结果和实验符合良好.分析指出扩散层的孔隙率对电池性能影响较大,应高于0.3,催化层的孔隙率对电池性能影响较小.在催化剂载量不变的情况下,催化层厚度应为10～20 μm.%Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is the key to the designs of fuel cell vehicles.The catalyst layer is usually considered as a thin film and used as boundary conditions of control equations in most of PEMFC models.A one-dimension gas model of PEMFC with the structure parameters of the catalyst layer was provided.The simulate results fit well with experimental data.The analysis results show that the porosity of gas diffusion layer should be large than 0.3,the porosity of catalyst layer has minor effect on the performance of fuel cell,and the thickness of catalytic layer should be 10-20 μm.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2017(041)003【总页数】3页(P389-391)【关键词】质子交换膜燃料电池(PEMFC);催化层;孔隙率;建模【作者】杜新;王路路;王金龙;吴利荣【作者单位】长春理工大学机电工程学院,吉林长春130022;长春理工大学机电工程学院,吉林长春130022;长春理工大学机电工程学院,吉林长春130022;长春理工大学理学院,吉林长春130022【正文语种】中文【中图分类】TM911.4随着能源和环境问题的日益突出，世界各国对新能源汽车的研发日益重视。
考虑催化层中气液态水影响的PEMFC微观模型
考虑催化层中气液态水影响的PEMFC微观模型陈秋香;张洁婧;王宇新【摘要】The performance of proton exchange membrane fuel cel (PEMFC) was simulated with a microstructure lattice model of the catalyst layer, including the effect of liquid and gaseous water. Comparisons of simulations where liquid water was and was not factored in were carried out, demonstrating the necessity of including liquid and gaseous water effects in the catalyst microstructure. The distribution of the degree of liquid water saturation, oxygen concentration, and rate of oxygen reduction with catalyst layer thickness were calculated, and factors affecting these distributions were investigated. Water‘flooding’in the catalyst layer had a significant influence on PEMFC performance. Higher catalyst layer porosity facilitated water drainage and was beneficial to PEMFC performance.% 在考虑气、液两相水影响的条件下基于微观格点催化层模型对聚合物膜燃料电池(PEMFC)性能进行了模拟。
质子交换膜燃料电池膜电极的结构优化
质子交换膜燃料电池膜电极的结构优化摘要：膜电极（membrane electrode assembly，MEA）是质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）的核心部件，为PEMFC提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所。
为了实现燃料电池商业化目标，需要制备高功率密度、低Pt载量、耐久性好的MEA。
在MEA中除了催化剂以外，各功能层结构、层与层之间的界面都对MEA的性能具有重要影响。
传统方法（CCS 法和CCM法）制备的MEA在结构上有很多缺陷，明显制约了Pt的利用率和系统传质能力。
通过优化各功能层结构消除缺陷，将有利于进一步提升PEMFC综合性能。
本文从传统MEA结构存在的问题出发，梳理了近年来关于催化层、质子交换膜和气体扩散层结构优化方面的文献，归纳总结了各先进结构的制备方法、构效关系以及优缺点，对未来高性能、低成本和长寿命的MEA的开发具有指导意义。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效的能量转换装置，能够将储存在氢燃料和氧化剂中的化学能通过电化学反应的方式直接转换为电能，具有绿色环保、高比能量、低温快速启动和高平稳运行的特点，被认为是替代内燃机的理想动力来源[1]。
近几年，多国政府和公司致力于推动燃料电池电动车的发展，以日本为代表，2014年12月，丰田公司发布了Mirai氢燃料电池汽车；2016年3月，本田公司推出了Clarity燃料电池车。
国内燃料电池汽车产业发展以上汽集团为代表，已完成前后四代氢燃料电池乘用车的开发，并在荣威950车型进行规模化验证。
2017年11月，上汽大通在广州车展正式发布中国首款燃料电池宽体轻客FCV80，标志着燃料电池商用车实现了产业化。
然而，目前PEMFC的产业化进程仍然面临着成本过高、寿命较短等问题。
提高PEMFC性能、降低系统成本主要有如下两种途径：一种是从催化剂本征活性角度出发，通过改变载体、制备合金催化剂等方式降低贵金属Pt使用量，提高催化剂活性和稳定性[2-3]。
基于支持向量机的PEMFC电特性仿真研究
基于支持向量机的PEMFC电特性仿真研究贾俊波;韩明;肖建【期刊名称】《计算机仿真》【年(卷),期】2007(024)002【摘要】质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一个非线性、多输入、强耦合、大时延的复杂动态系统,传统的根据系统物理和化学的特性建立的数学模型,具有较大的局限性.从质子交换膜燃料电池的物理结构、输出特性曲线和数学模型方面对其进行了描述,针对PEMFC的复杂动态环境,利用支持向量机对于给定试验样本数据的良好的泛化性能,根据在自制的PEMFC单电池上进行试验所得到的数据,对质子交换膜燃料电池的电特性进行了回归运算.结果发现,在样本数目较小时,采用指数型径向基核函数对PEMFC进行回归运算较为理想;当数据样本数目巨大时,高斯径向基核函数可以获得很好的支持向量稀疏度,具有明显的优越性,这为PEMFC燃料电池的建模仿真及有效控制其电压输出特性提供了新的思路.【总页数】5页(P227-231)【作者】贾俊波;韩明;肖建【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川,成都,610031;新加坡材料工程研究院,新加坡,117602;西南交通大学电气工程学院,四川,成都,610031【正文语种】中文【中图分类】TM743【相关文献】1.基于FEM-FCT算法的SF6/N2混合气体中棒-板间隙电晕放电特性的仿真研究[J], 汪沨;李锰;潘雄峰;牛雪松;张广东;吕景顺;孙亚明;马建海2.基于遗传算法优化的BP神经网络的PEMFC动态特性仿真研究 [J], 简弃非;吴昊3.基于多物理场耦合模型的车用PEMFC仿真研究 [J], 王军;许思传;李友才;常国峰4.基于计算机仿真技术的混合介质电特性研究 [J], 郭晨; 马念茹5.基于有限元模型的高压直流变换器谐波下电缆绝缘局部放电特性仿真研究 [J], 芦山;郭瑞宙;晋涛;安瑞峰;刘星廷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于ANFIS的千瓦级PEMFC温度辨识
基于ANFIS的千瓦级PEMFC温度辨识
孙涛;曹广益;闫思佳;卫东
【期刊名称】《计算机仿真》
【年(卷),期】2005(022)011
【摘要】质子膜燃料电池(PEMFC)工作被认为是21世纪最有希望的绿色发电技术,其原理涉及热力学、电化学、流体力学、传质学等理论,形成一个非线性复杂系统,难以建立数学模型.因此,该文利用模糊逻辑系统和人工神经网络具有为非线性系统建模的较强的逼近能力以及自学习能力,采用了自适应神经模糊算法,建立PEMFC 温度特性模型;利用测试数据作为训练样本,在氢气压力给定的条件下,以空气(或氧气)压力和冷却水作温度为模型的输入量,电池的工作温度为输出量,建立了三种不同PEMFC温度特性模型.表明该方法具有简单、可行、精度高等优点.并为PEMFC控制系统的设计和电池性能的优化提供了基本依据.
【总页数】4页(P215-218)
【作者】孙涛;曹广益;闫思佳;卫东
【作者单位】上海交通大学自动化系燃料电池研究所,上海200030;上海师范大学应用化学系,上海,200234
【正文语种】中文
【中图分类】TP183
【相关文献】
1.千瓦级 PEMFC 甲醇水蒸气重整制氢过程热力学模拟 [J], 苏石龙;张磊;张艳;雷俊腾;桂建舟;刘丹;刘道胜;潘立卫
2.基于系统辨识的PEMFC温度非线性建模与预测 [J], 李曦;曹广益;朱新坚
3.全国产材料千瓦级PEMFC的研制及性能 [J], 李牧;王诚;刘志祥;毛宗强
4.新型干法水泥分解炉温度控制的ANFIS辨识与仿真 [J], 熊蕴远;万春红;张东宁
5.千瓦级PEMFC电堆的研制 [J], 王明华;朱新坚;隋升;余晴春;范征宇;胡鸣若;曹广益
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基于改进遗传算法的PEMFC电堆温度模型建模
基于改进遗传算法的PEMFC电堆温度模型建模卫东;朱新坚;曹广益【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2005(056)003【摘要】针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统过于复杂、难以建模,而已建立的数学模型由于电堆使用的材料、结构不同,模型参数相差甚远,无法统一给出一个具有代表性的高精度的PEMFC电堆模型,难以满足PEMFC控制系统设计和应用的要求.本文从实际应用角度出发,利用传热学、流体动力学知识建立了一个千瓦级的PEMFC电堆温度模型.由于模型中一些关键参数无法由实验精确测出,但它们对模型精度的影响极大,所以需要找出一个能够高精度辨识模型参数的方法来解决这个问题.文章中提出的改进遗传算法具有良好的全局和局部的搜索、优化能力,能够高精度地辨识这些参数.仿真和实验结果验证了模型的实用性和可靠性.【总页数】7页(P538-544)【作者】卫东;朱新坚;曹广益【作者单位】中国计量学院机电工程分院,浙江,杭州,310018;上海交通大学燃料电池研究所,上海,200030;上海交通大学燃料电池研究所,上海,200030【正文语种】中文【中图分类】TQ013.1【相关文献】1.基于BP神经网络的PEMFC电堆的静态热系统建模 [J], 马宁;邓先瑞;杜学东2.基于改进遗传算法的PEMFC电堆稳态运行优化 [J], 莫志军;朱新坚;韦凌云;曹广益3.空冷型PEMFC电堆温度建模及改进GPC控制 [J], 陈雪娇; 戚志东; 李蕾4.基于改进磷虾群算法优化Elman神经网络的PEMFC电堆建模 [J], 张莹;苏建徽;汪海宁;杜燕;施永5.基于贝叶斯正则化BP神经网络的PEMFC电堆建模 [J], 夏世远;苏建徽;杜燕;汪海宁;施永因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
PEMFC电极微观结构模拟的开题报告
PEMFC电极微观结构模拟的开题报告
一、选题背景
质子交换膜燃料电池（PEMFC）由于其高效能、低排放、环保等特点，在绿色能源领域得到广泛应用。
电极微观结构对于PEMFC性能的影响非常重要，因此研究PEMFC电极微观结构模拟具有重要意义。
二、研究内容
本文拟采用流场与传质模拟方法对PEMFC电极的微观结构进行深入研究。
具体研究内容如下：
1. 建立包含电极、膜和流道的三维模型；
2. 建立流场模型，模拟燃料氢气、氧气、水的传输过程；
3. 建立电化学反应模型，模拟电子和质子的传输过程；
4. 建立传热模型，对电极表面的温度分布进行研究；
5. 对电极的微观结构进行研究，探寻电极微观结构对性能的影响。
三、研究方法
本文采用CFD软件（如Fluent、Comsol等）进行数值模拟。
通过建立数值模型，分析电极内部的流动和传质规律，探究微观结构对电极性能的影响。
四、研究意义
本文的研究可以深入了解PEMFC电极微观结构对性能的影响规律，为电极优化设计和工业应用提供理论基础和指导。
同时，本文采用数值模拟方法，为PEMFC电极微观结构模拟提供新的研究思路和技术手段。
PEMFC用Pt-RuC催化剂制备及性能研究的开题报告
PEMFC用Pt-RuC催化剂制备及性能研究的开题报
告
尊敬的评委、老师：
您好！本人是XXX，我将要进行关于“PEMFC用Pt-RuC催化剂制备及性能研究”的论文开题报告。
随着能源需求的不断增加，燃料电池作为一种清洁能源被越来越广泛地关注和研究。
其中，质子交换膜燃料电池（PEMFC）是当今最为先进的燃料电池之一，具有高效、环保和灵活等优点。
而催化剂是PEMFC 电极的核心，直接影响PEMFC的性能。
因此，制备高活性催化剂对于PEMFC的研究至关重要。
本研究旨在制备一种新型Pt-RuC的催化剂，并对其进行性能研究。
具体而言，本研究将探究以下问题：
1. 制备Pt-RuC催化剂的工艺条件优化：采用常规的沉积-还原法进行催化剂的制备，通过改变制备条件，比如不同的催化剂配比、沉积时间、还原剂浓度等，寻求最佳的工艺条件。
2. 催化剂的表征：运用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）等技术对制备的催化剂进行表征，分析得到的数据，确定所制备的Pt-RuC催化剂的晶体结构、颗粒形貌、尺寸等方面的特征。
3. Pt-RuC催化剂的性能评价：采用恒流充放电法对所制备的Pt-RuC 催化剂进行评估，主要评价指标包括其电化学表面积、转化效率和稳定性等。
预计该研究能够提供针对Pt-RuC催化剂的制备优化和性能评价方面的基础资料，为PEMFC的应用和推广做出贡献。
PEMFC电力系统的建模
PEMFC电力系统的建模摘要：本文主要主要介绍燃料电池系统的动态模型，其主要目的是预测PEMFC 动力系统的动态行为。
为了确保燃料电池系统始终处于最佳状态，需要在不同的运行范围、环境条件下对系统理解、预测和控制。
在这个模型中，我们假设阳极输入气流的相对湿度是100％。
并且，假设阳极流动通道和所有阴极、阳极气体都被集中为一个体积。
1空气供应子系统模型空气供应子系统的瞬态行为及其对系统性能的影响不容忽视。
空气供应子系统的输入是环境空气的温度和压力、压缩机电压和子系统的下游压力（阴极压力）。
压缩机转速（）和子系统各个阶段的压力是子系统的唯一状态变量。
子系统的状态方程是：结论本文提出了一个利用物理原理的燃料电池动力系统动力学模型。
并考虑了压缩机的惯性动力学、进气歧管充气动力学、进气流湿化方法、反应物分压的瞬态行为、保持阴极和阳极压力相等、燃料电池堆温度以及回流歧管动力学。
本研究主要分析了PEMFC电力系统的空气供应子系统模型和空气供应子系统模型。
本研究中使用的所有参数值均来自公开发表的文献。
参考文献：[1]Grujicic, M., Chittajallu, K.M., Pukrushpan, J.T.“Control of the Transient Behavior of Polymer ElectrolyteMembrane Fuel Cell Systems” Journal of AutomobileEngineering, 218, 1239-1250, 2004 [2]Moore, R.M., Hauer, K.H., Friedman, D., Cunningham, J.,Badrinarayanan, P., Ramaswamy, S., Eggert, A. “A DynamicSimulation Tool for Hydrogen FC Vehicles” Journal ofPower Sources, 141, 272-285, 2005.[3] Barbir, F. “PEM FCs: Theory and Practice” ElsevierAcademic Press, 456 pp, 2005.[4]Gou, B., Na, W.K., Diong, B. “Fuel Cells: Modeling,Control and Applications” CRC Press-Taylor & FrancisGroup 2010.作者简介：朱万超（1992-07），山东省临沂市人，汉族，在读研究生，现就读于山东建筑大学机电工程学院，研究方向：车辆发动机燃烧及排放过程。