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：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：CN113193207A

公开(公告)日：2021-07-30

申请号：CN202110473047.X

申请日：2021-04-29

申请人： 天津大学

发明人： 杜青 ,  秦政国 ,  焦魁 ,  包志铭 ,  查森 ,  陈向阳

IPC分类号： H01M8/0258 ,  H01M4/86 ,  H01M8/10

摘要： 本发明公开了一种平行分区交错排列的质子交换膜燃料电池阴极流场板，在阴极流场板与阳极流场板之间设置多孔电极。在阴极平行流场板的水平线线上，设有部分挡板，有挡板区域与无挡板区域等分交错布置，挡板交错区域分为n个偶数区域，每个分区域设有M排×N列个挡板，气体在阴极平行流场的流道形成相邻区域的压力差。压差促使气体在高、低压区域流动，以增强阴极流场板的传质与除水能力，可通过挡板数量来改变脊下对流的强度。沟脊结构保证燃料电池的机械支撑和低电阻，形成气体的三维方向的流动，进而提升燃料电池的净功率和电池输出性能。在提升除水能力的基础上，有效提高多孔电极内氧气浓度，避免局部氧气缺乏。

公开(公告)号：CN118409217A

公开(公告)日：2024-07-30

申请号：CN202410481640.2

申请日：2024-04-22

申请人： 天津大学

发明人： 焦魁 ,  罗邦尧 ,  王博文 ,  查森

IPC分类号： G01R31/367 ,  H01M8/04298 ,  H01M8/04313 ,  H01M8/04537 ,  G16C20/10 ,  G01R31/389 ,  G01R31/378 ,  G01R31/36

摘要： 本发明公开了一种基于电化学机理构建燃料电池阻抗谱分析模型的方法，模型包括4个部分：求解阴极内的氧气传输；求解阴极的活化过电势及电流密度；求解PEMFC内部的瞬态响应，进而获得质子交换膜燃料电池的输出电压；求解电化学阻抗谱图。本发明提出的建模方法能够准确反应燃料电池的反应机理和电池性能，进而通过机理模型解释质子交换膜燃料电池的电化学阻抗谱数据。模型的输入参数涵盖了电池运行中的多项操作工况参数和电池材料设计参数，使得使模型结果较为精确，能够准确反映质子交换膜燃料电池内部的活化性能，传质效率等关键参数，以实现不同工况下，对质子交换膜燃料电池电化学阻抗谱图的模拟和解释。

公开(公告)号：CN110797548A

公开(公告)日：2020-02-14

申请号：CN201910953468.5

申请日：2019-10-09

申请人： 天津大学

发明人： 焦魁 ,  谢旭 ,  查森

IPC分类号： H01M8/0258 ,  H01M8/1004 ,  H01M8/0204

摘要： 本发明公开了一种无阴极气体扩散层的泡沫燃料电池，燃料电池包含二种结构形式，一种为：阳极集流板、阳极流场板、阳极气体扩散层、阳极微孔层、膜电极、阴极微孔层、泡沫层、以及阴极集流板，各组件按照顺序排放安装为一体，置于电池夹具中。另一种与此不同的是，在阳极集流板之下、阴极集流板之上分别设有泡沫层。金属泡沫内嵌于石墨、或者金属块中，形成泡沫层。泡沫燃料电池在强化导热导电性的前提下提高了孔隙率，增强了反应气体在催化层的浓度和均匀性。另一方面泡沫层中可大量储水而不易形成堵塞，既缓解了水淹问题，也起到了自加湿的作用。且泡沫的轻质性，大幅提高了电池的比质量功率和比体积功率。