公开(公告)号：CN118039925A

公开(公告)日：2024-05-14

申请号：CN202410313230.7

申请日：2024-03-19

申请人： 天津大学

发明人： 王博文 ,  陈展帆 ,  查森 ,  焦魁 ,  杜青

IPC分类号： H01M4/86 ,  H01M4/88 ,  H01M8/02

摘要： 本发明公开了一种基于超薄梯度化微孔层的燃料电池，包括制备方法，膜电极结构为：将阴、阳两极涂有催化层的质子交换膜组件两侧，覆盖有孔径梯度、孔隙率梯度和接触角梯度的超薄多孔碳纤维层形成微孔层。质子交换膜组件的外侧与流场相连接，构成超薄梯度化微孔层的燃料电池。制备方法：将不同浓度的二甲基乙酰胺溶液放入静电纺丝仪中纺丝，然后将样品放入马弗炉和管式炉中先后固化和烧结碳化，最后通过疏水处理改变其接触角，制备出不同孔径、孔隙率和接触角的超薄多孔碳纤维层。本发明与目前常规膜电极燃料电池相比，厚度减小了约30％，体积功率密度提升约67％，单电池功率密度提升了约17％，同时提升了电池内部反应气体的浓度与均匀性。

公开(公告)号：CN117437986A

公开(公告)日：2024-01-23

申请号：CN202311446691.3

申请日：2023-11-02

申请人： 天津大学

发明人： 樊林浩 ,  左瑞旺 ,  焦魁 ,  杜青

IPC分类号： G16C10/00 ,  G16C20/70 ,  G06N3/0464 ,  G06N3/086 ,  G06N3/006

摘要： 本发明公开了一种基于提高氧气传输能力的电解质薄膜结构优化方法，其中包括电解质结构数据和氧气传输流量数据的获取、电解质结构与氧气传输能力关系的建立、以及电解质薄膜结构优化等三大部分。从整体角度考虑了电解质薄膜结构对氧气传输过程多参数耦合的影响，以及电解质局部结构中不同成分在提高氧气传输能力中产生的矛盾。以电解质薄膜中疏水性和亲水性成分沿厚度方向的密度分布为研究对象，能够对电解质薄膜结构与氧气传输间的关系做出良好预测。且基于机器学习模型解释技术以及粒子群优化算法，能够摸清阻碍氧气传输的结构特性，对氧气传输的重要性排序、以及如何增强氧气传输能力等关键性问题的解决。

公开(公告)号：CN116314979A

公开(公告)日：2023-06-23

申请号：CN202211740734.4

申请日：2022-12-31

申请人： 天津大学

发明人： 焦魁 ,  查森 ,  吴思远

IPC分类号： H01M8/1004 ,  H01M8/0258 ,  H01M4/86

摘要： 本发明公开了一种超薄膜电极质子交换膜燃料电池及其制备方法，超薄膜电极电池的结构是：超薄膜电极两侧设置阴阳极多孔介质流场，在质子交换膜上下两侧分别覆盖阴阳极催化层组成涂有催化层的质子交换膜组件，用15μm以下的超薄多孔碳纤维层分别再覆盖在阴、阳极催化层，最终形成超薄膜电极电池，电极总厚度低于50μm。制备方法是，配制14％的二甲基乙酰胺溶液，进行静电纺丝，然后烧结固化，再以高温烧结。本发明能够减少膜电极的厚度约90％，减少单电池的厚度约41％。提升燃料电池的体积功率密度100％以上。除此之外由于缩短了反应气体传输路径可有效降低燃料电池的浓差损失，从而提升单电池的绝对功率密度约47％。

公开(公告)号：CN109145363B

公开(公告)日：2023-04-28

申请号：CN201810707164.6

申请日：2018-07-02

申请人： 天津大学

发明人： 杜青 ,  杨子荣 ,  刘展睿 ,  范立超 ,  焦魁

IPC分类号： G06F30/20

摘要： 本发明公开了一种燃料电池系统中离心式空气压缩机瞬态建模方法，具体为：建立空气压缩机的质量流量关系模型，包括拟合空气压缩机的质量流量特性曲线；建立驱动电机的惯性模型；以及计算控制策略下压缩机的瞬态响应三个部分，可以使空气压缩机满足燃料电池堆需求的质量流量以及工作压强。模型基于质量流量数据库识别出压缩机压强、转速与流量的函数，然后耦合驱动电机的惯性模型构建完整的空压机模型，不仅能够真实的描述变载工况下系统的实际进气状况，而且能够仿真不同的控制策略下空压机的性能。保证仿真准确性的同时提高了计算效率，能够更好的与燃料电池系统联用。对于空压机的进气控制策略优化有着重要的意义。

公开(公告)号：CN114186438B

公开(公告)日：2022-10-25

申请号：CN202111634997.2

申请日：2021-12-27

申请人： 天津大学

发明人： 王博文 ,  焦魁 ,  倪萌 ,  杜青 ,  刘智

IPC分类号： G06F30/20 ,  C25B1/04 ,  C25B9/19

摘要： 本发明公开了一种用于制氢的质子交换膜电解池性能预测模型的建立方法，实现不同操作工况下，电解池所需的输入电压的预测。构建的用于制氢的质子交换膜电解池性能预测模型的建立方法，模型包括5个部分：求解电解池所需的输入电压、求解阳极和阴极的活化过电势、求解传质过电势、求解欧姆过电势以及两相流传质计算。本发明提出的建模方法准确描述了质子交换膜电解池的电化学反应机理和内部传质特征，同时也考虑了电解池内的两相传输特性。对于预测质子交换膜电解池的性能具有很高的实际意义和准确性。模型的输入参数涵盖了电解池运行中的各项操作工况参数和电池材料设计参数，能够对这些核心参数对电解池性能的影响进行有效预测。

公开(公告)号：CN114530618B

公开(公告)日：2022-09-30

申请号：CN202210058602.7

申请日：2022-01-13

申请人： 天津大学

发明人： 焦魁 ,  宫智超 ,  王博文

IPC分类号： H01M8/04992 ,  H01M8/04089

摘要： 本发明公开了一种基于随机优化算法的燃料电池空压机自适应匹配建模方法，将空压机仿真模型中待确定参数其集合以α表示，燃料电池电堆仿真模型中待确定参数其集合以β表示。将待确定参数为输入，预测的空压机功率以及燃料电池电压、可逆电压、电堆功率为输出，以系统效率构造随机优化算法中的适应度函数。寻找α、β的最优解，使得构造的适应度函数F最大，完成在任意系统输出功率区间，燃料电池以及空压机的自适应匹配。空气供给系统与燃料电池的良好匹配是本发明的目的和最终目标。传统匹配策略的研究过程，需进行大量的实验或者仿真操作尝试完成匹配过程，需要消耗大量的人力以及实验经费。本发明匹配效率高，整个优化过程利用编写好的程序可自动实现。

公开(公告)号：CN112635783B

公开(公告)日：2022-07-12

申请号：CN202011516626.X

申请日：2020-12-21

申请人： 天津大学

发明人： 焦魁 ,  程超超 ,  王博文 ,  刘智

IPC分类号： H01M8/0232 ,  H01M8/0258

摘要： 本发明公开了一种基于渗透率差异化金属泡沫不含气体扩散层的燃料电池，其结构是：用阳、阴极金属泡沫层替代阳、阴极气体扩散层和阴极流道，金属泡沫层分别位于阳、阴极极板和阳、阴极催化层之间，反应气体从金属泡沫层直接进入微孔层和催化层，参与电化学反应。本发明结构将目前燃料电池结构的11结构层面简化为9个，同时对金属泡沫材料表面进行镀镍等处理，使其导电导热能力突出。针对碱性阴离子交换膜燃料电池阴极消耗水和阳极生成水的特征，阳极采用低渗透率和低孔隙率的金属泡沫，阴极采用高渗透率和高孔隙率的金属泡沫，由此可增强阴极流场中水向阴极催化层和膜的传输，以及阳极水透过膜向阴极传输的能力。

公开(公告)号：CN114530618A

公开(公告)日：2022-05-24

申请号：CN202210058602.7

申请日：2022-01-13

申请人： 天津大学

发明人： 焦魁 ,  宫智超 ,  王博文

IPC分类号： H01M8/04992 ,  H01M8/04089

摘要： 本发明公开了一种基于随机优化算法的燃料电池空压机自适应匹配建模方法，将空压机仿真模型中待确定参数其集合以α表示，燃料电池电堆仿真模型中待确定参数其集合以β表示。将待确定参数为输入，预测的空压机功率以及燃料电池电压、可逆电压、电堆功率为输出，以系统效率构造随机优化算法中的适应度函数。寻找α、β的最优解，使得构造的适应度函数F最大，完成在任意系统输出功率区间，燃料电池以及空压机的自适应匹配。空气供给系统与燃料电池的良好匹配是本发明的目的和最终目标。传统匹配策略的研究过程，需进行大量的实验或者仿真操作尝试完成匹配过程，需要消耗大量的人力以及实验经费。本发明匹配效率高，整个优化过程利用编写好的程序可自动实现。

公开(公告)号：CN114297942A

公开(公告)日：2022-04-08

申请号：CN202111680558.5

申请日：2021-12-27

申请人： 天津大学

发明人： 王博文 ,  焦魁 ,  倪萌 ,  杜青 ,  刘智

IPC分类号： G06F30/27 ,  G06N3/00 ,  G06N3/12 ,  G06F111/08

摘要： 本发明公开了基于随机优化算法的质子交换膜电解池模型参数估计方法，仿真模型中所涉及的待确定参数其集合以β表示，将待确定参数为输入，预测的电解池电压为输出。以仿真模型的预测电压和实验测试的实际电压的均方根误差，构造随机优化算法中的适应度函数。利用随机优化算法，寻找β的最优解，使得构造的适应度函数F最小，此时获得的β即为质子交换膜电解池仿真模型参数估计结果，完成仿真模型与实验结果标定的参数估计过程。本发明提出的参数估计方法，不需要使用者对模型具有深入的经验知识，利用电解池仿真模型和实验测试结果，能够实现其中待确定参数的高效标定，耗时与依靠个人经验进行参数估计可大幅缩短。

公开(公告)号：CN113437342B

公开(公告)日：2022-04-08

申请号：CN202110544608.0

申请日：2021-05-19

申请人： 天津大学

发明人： 刘智 ,  支沛瑶 ,  马继成 ,  焦魁 ,  杜青

IPC分类号： H01M8/2483 ,  H01M8/249

摘要： 本发明公开了一种顺逆流微流体模块化混合式燃料电池堆及其制备方法，其技术方案是：由数块燃料单电池拼接构成电池堆，每块单电池的基板上设有十字形微流道，阴阳极电解液的两个入口端相互垂直，电解液在微流道中心各不掺混，阴极电解液的流动方式为：下端进、右端出，构成微流体顺流结构。阴阳极电解液的两个入口端水平相对，阴极电解液的流动方式为：右端进、下端出，构成微流体逆流结构。阳极和阴极入口处各自设有催化层，基板的盖板下面设有集流板，连接集流板的导线通过孔道与系统外检测装置连接。本发明是基于微流体燃料单电池组成模块化电池堆，在维持原燃料消耗率基本不变的前提下，提高了电池输出性能，可以适应不同的输出电压需求。