阻醇膜及阴极PTFE含量对被动式DMFC的影响

研究了聚吡咯(PPy)/Nafion膜及阴极聚四氟乙烯(PTFE)含量对被动式直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响。随着聚合时间的延长,PPy/Nafion膜的吸水率逐渐减小、质子导电率下降。当温度为25~30℃,空气湿度为80%~85%时,聚合35 min的PPy/Nafion膜组装的被动式DMFC电池性能最好,最大功率密度比未修饰的Nafion膜组装的电池提高18.9%;阴极含30%PTFE的电池性能最好,功率密度最高达14.74 mW/cm2。     

直接甲醇燃料电池膜电极组件的阳极整平层

通过考察有阳极整平层(sub-layer)的膜电极组件(MEA)的极化曲线、SEM图和内阻等,研究了阳极整平层对直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响.在表面喷涂Nafion树脂,对整平层进行修饰,发现喷涂Nafion后的整平层与催化层的结合更紧密,提高了电池性能.在静止式DMFC中,以2 mol/L静止甲醇溶液为燃料,有经过修饰的整平层(1.0 mg/cm2)的MEA在常温下的功率密度达到15.3 mW/cm2,放置1 d后仅有1%的衰减.     

直接硼氢化钠/双氧水燃料电池研究

采用Pt/C作为催化剂成功地组装了直接硼氢化钠/双氧水燃料电池,并考察了不同操作温度、溶液流速和浓度条件下电池的放电性能。60℃时电池的最大比功率可以达到130mW/cm2,在40℃时0.1A/cm2放电条件下电池电压约为0.7V,性能明显优于相同条件下直接甲醇燃料电池。同时研究了不同厚度电解质膜对电池性能的影响,采用Nafion117膜(厚度175mm)的电池开路电压比Nafion112(厚度50mm)高约180mV,但Nafion112在高电流密度放电时表现出了更好的性能。因此,膜厚度不仅影响电池的内阻而且还会影响反应物的相互渗透。此外,还测试了短时间恒电流放电,电池性能未出现下降,而且放电后催化层和膜仍然保持紧密结合。     

直接甲醇燃料电池阻醇膜电极的研究

采用化学镀方法成功制备了Pd/Nafion复合膜.用极限电流、循环伏安和阳极极化等方法对低温、高浓度进料条件下Pd/Nafion复合膜直接甲醇燃料电池(DMFC)进行研究.结果表明,Pd膜对甲醇电氧化无明显催化作用;在高浓度时抑制甲醇渗透效果明显,30 ℃时,5 mol/L甲醇的渗透极限电流密度从267 mA/cm2降低为170 mA/cm2;低温时,甲醇氧化表观反应级数不为0.     

一种直接葡萄糖-空气碱性燃料电池的构建和表征

介绍了一种以葡萄糖为燃料的碱性直接燃料电池,它不需要贵金属催化剂、酶或者微生物就能直接把化学能转换成电能.这种单室燃料电池,在碱性溶液中以甲基紫精(MV)作为电子传递体,用泡沫镍作为阳极,空气扩散电极作为阴极.利用1 mol/L葡萄糖作为燃料,在3mol/L KOH、10 mmol/L MV条件下构建的燃料电池,其最大功率密度为0.59mW/cm2,最大开路电压为0.65V,最大电流密度为4.16 mA/cm2.该直接葡萄糖燃料电池,构建成本低廉,但性能优于目前已报道的以酶或微生物为催化剂的葡萄糖燃料电池,因而有望推动生物燃料电池的商业化应用.     

直接甲醇燃料电池中阳极催化剂的研究进展

从铂基合金催化剂、以导电聚合物为载体的复合催化剂和含氮的大环配合物的开发等三个方面重点综述了直接甲醇燃料电池(DMFC)中阳极催化剂的研究进展,同时简要概述了DMFC中甲醇渗透对电池性能的影响及其解决方案。有关研究表明,合金组成、催化剂载体以及大环配合物对阳极催化剂的催化活性和稳定性有着直接的影响。尽管目前已经进行了大量的关于甲醇在阳极催化剂上的作用机理的研究工作,但还未形成共识。另外,利用新的合成方法制备高分散的催化剂也是阳极催化剂发展的重要方向。同时,还须从根本上解决甲醇在Nafion膜中的渗透问题。     

直接甲醇燃料电池性能研究

研究了聚合物电解质膜直接甲醇燃料电池性能。 2 0 %Pt -10 %Ru/C和 2 0 %Pt/C分别作为甲醇氧化和氧还原催化剂。通过改变甲醇阳极催化层中Nafion与PTFE的含量研究了电池的电流 -电压特性。结果表明 ,催化层中Nafion含量的影响对电池性能至关重要 ,而PTFE的影响则较小。研究得出催化层中Nafion的最佳含量为 7%。通过在电极表面刷一层Nafion溶液 ,明显提高了电池性能。在低Pt载量条件下 ,即阳极Pt含量 0 .6mg/cm2 ,阴极Pt含量 1.1mg/cm2 ,阴极空气近大气压条件下 ,t =60℃ ,甲醇浓度 1mol/L时 ,单电池开路电压为 0 .6V左右 ,0 .4V时电流密度为 3 0mA/cm2 ,0 .2V时电流密度为 10 6mA/cm2 。甲醇阳极催化层表面的扫描电镜 (SEM )观察表明催化层中Nafion含量不同 ,电极结构不同。     

Nafion膜厚度对直接甲醇燃料电池性能的影响

采用Nafion 112、Nafion 115和Nafion 117膜作为电解质组装直接甲醇燃料电池 ,通过测量电池的极化曲线 ,研究了Nafion膜厚度对直接甲醇燃料电池性能的影响。结果表明 :在放电情况下 ,电极和工作条件固定的直接甲醇电池的性能是由甲醇的渗透量和膜电导共同控制的。在低电流密度下 ,甲醇的渗透量是影响电池性能的主要因素 ,使用厚膜组装的电池表现出了更好的性能。而在高电流密度时 ,甲醇渗透量减小 ,膜电导成为主要因素 ,所以使用薄膜组装的电池性能较好。由Nafion 112膜组装的电池在 75℃、1mol/L甲醇浓度、0 .2MPa的氧气条件下 ,功率密度可达 12 0mW /cm2 。考察了电池短期运转 (4 0h)的稳定性。     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化剂是DMFC的关键材料之一,其电化学活性的大小对燃料电池的性能及成本起着关键作用.简要介绍了DMFC阳极催化剂的电催化氧化机理,并探讨了在目前研究中存在的问题和今后努力的方向,对研究DMFC阳极催化剂具有很好的参考价值.     

直接二甲醚燃料电池的性能研究

采用Pt/C作阳极催化剂,Nafion115作电解质膜,组装成5 cm2的单体电池.研究了电池温度,二甲醚浓度和流量对直接二甲醚燃料电池(DDFG)性能的影响.实验结果表明,温度从30℃上升到80℃,电池最大比功率提高了2.5倍;二甲醚浓度为1.5 mol/L,流量为5 mL/min时电池性能最佳,其最大比功率为56 mW/cm2.     

Performance of dimethyl ether fuel cells using a Pt‐Ru catalyst

Phenomena are presented whereby the performance of a dimethyl ether fuel cell (DDFC) at 80°C is much lower when a Pt‐Ru catalyst is used on the anode than when a Pt catalyst is used, in contrast to the higher performance achieved using a Pt‐Ru catalyst over a Pt catalyst in direct methanol fuel cells (DMFC). The DDFC performance achieved using a Pt‐Ru catalyst increases with temperature and exceeds that using a Pt catalyst at temperatures over 100 °C. After high‐temperature operation, the performance of DDFC using a Pt‐Ru catalyst at 80 °C is improved. By supplying sufficient steam before operation, the performance of DDFC using a Pt‐Ru catalyst at 80 °C is also found to improve. Before and during operation, more steam is needed for stable operation of the DDFC using a Pt‐Ru catalyst at 80 °C than using a Pt catalyst. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 150(3): 19–25, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20072     

PEMFC催化层中Nafion含量梯度优化研究

提出了一种新的催化层结构,该催化层中的Nafion从内向外成梯度增大。测试显示,新结构的催化层相对于常规催化层不仅开路电压高,而且单电池性能同样优于常规催化层。CV测试结果显示,催化层中Nafion含量的变化对阴极电极中Pt催化剂活性面积影响很小;新电极不仅电阻小,而且具有良好的气体传递能力和排水能力。     

直接二甲醚燃料电池的研究进展

介绍了直接二甲醚燃料电池的工作原理及其所用燃料二甲醚的性质.综述了目前文献中提出的二甲醚在Pt电极上的电化学氧化机理,并分析了目前二甲醚电催化氧化机理研究中存在的分歧和问题.此外,总结了电池温度、二甲醚的湿度、电池阳极催化剂以及固体电解质膜对电池性能的影响,讨论了直接二甲醚燃料电池今后的研究方向.     

微孔层对PEMFC自增湿性能的影响

提出了一种微孔层结构模型.制备了具有亲水/疏水复合孔结构的微孔层,并与涂有催化荆的Nafion212膜组装成单体电池进行性能测试.研究表明,制备的微孔层的保水性增加.在无外增湿的情况下与传统微孔层相比,制备的微孔层组装成的单体电池性能较好.在电流密度为400 mA/cm2时,电池的电压提高了约0.1 V,在一定程度上实现了电池的自增湿操作.     

膜电极性能的影响因素研究

文章以有机多孔膜为电极支撑体制备了亲水电极,用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)。考察了电极在全氟代磺酸离聚物(Nafion)的玻璃化温度处理、催化层中Nafion的含量、以及不同厚度的有机多孔膜等因素对电极性能的影响。测试结果表明亲水电极中Nafion分子的有序排列可以减小电极的极化,减小作为电极支撑体的有机多孔膜的厚度有利于电极性能的提高。采用70%Pt/C制备电极时,Nafion的最佳含量为25%,在1000mA/cm2的电流密度下,电池电压为0.615V。     

直接甲醇燃料电池性能研究

以自制的PtRuMo/C和Pt/C分别为阳极、阴极催化剂制备了膜电极,考察了单电池在常压下的性能,分析了影响电池性能的因素。研究结果显示以氧气为氧化剂在常压、室温工作,50mA/cm~2时,稳定输出电压0.237V;以空气为氧化剂时,在常压、室温工作,输出电流密度40mA/cm~2时稳定的输出比功率为8mW/cm~2。适宜的操作条件:甲醇浓度为2.5mol/L,甲醇流量为1.04mol/L,氧气流量范围60￣100SCCM,空气流量范围为125￣200SCCM。电池性能的初步分析显示,催化层中存在较高的质子传递电阻,使得电池在大电流放电时性能下降较快,限制了比功率的提高。     

DMFC用膜电极组件的结构及性能

使用加热喷涂技术代替传统室温喷涂法制备立体化层,将立体化层引入直接甲醇燃料电池(DMFC)用膜电极组件(MEA)的结构中,优化立体化层中的Nafion载量,以增大催化层和质子交换膜之间的结合力,减少缝隙,进而降低电池内阻和物料传质阻抗.交流阻抗谱(EIS)和极化曲线证明:立体化层Nafion离子聚合物的最佳载量为0.6 mg/cm2;立体化处理的MEA较传统MEA的功率密度峰值提高19.46％;加热立体化技术将电池性能在55 ℃下提高到151.2 mW/cm2,机理是在进一步降低电池欧姆阻抗的同时,增大了催化层的活性面积.     

阴、阳极加湿对质子交换膜燃料电池性能影响的差异性

阴、阳极气体相对湿度是对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能影响最为重要的因素。通过建立一个三维直流道质子交换膜燃料电池单体模型,运用数值模拟方法研究了反应气体相对湿度对PEMFC性能的影响及差异性。结果表明,在高操作电压时,燃料电池性能随阴、阳极气体相对湿度的增加而提高;在低操作电压时,燃料电池性能随阴、阳极相对湿度的增加而降低。同时,在高操作电压下,阳极气体加湿程度对电池性能的影响比阴极气体加湿程度对电池性能的影响大,但在低操作电压下,阴极气体加湿程度对电池性能的影响更大。通过对质子交换膜的阴极、阳极侧含水量分布的分析,探讨了阴极、阳极加湿对PEMFC性能影响差异性的原因。研究结果对于燃料电池的水管理具有一定指导意义。