质子交换膜燃料电池有序化膜电极研究进展

质子交换膜燃料电池的发展和应用是促进现代生活方式低碳环保化的最重要路径之一。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件,实现膜电极结构的有序化是同时满足低铂载量和高电化学性能要求的关键。本文系统总结和分析了最近有关有序化膜电极的相关研究进展。与发展较为缓慢的质子导体有序化相比,以催化剂有序化和催化剂载体有序化为路径实现的有序化膜电极结构优化已经得到快速发展,对于促进质子交换膜燃料电池规模化应用表现出极大的发展潜力。     

质子交换膜燃料电池的研究进展

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效节能、工作稳定、环境友好的理想发电装置。质子交换膜是PEMFC的核心组成,是一种选择透过性膜,主要起传导质子、分割氧化剂与还原剂的作用。PEMFC用电催化剂主要为铂系电催化剂,为降低成本,提高铂的利用率和开发非铂系催化剂是今后催化剂研究的主要方向之一。对PEMFC电极的工作原理,关键组件及电池的水管理、热管理方法等作了综述。     

杂原子掺杂碳基氧还原反应电催化剂研究进展

氧还原反应(ORR)是质子交换膜燃料电池和金属空气电池等清洁能源转化技术中的关键步骤,但其反应能垒高,动力学缓慢。目前,氧还原性能最佳的催化剂仍然是已经商业化的碳载铂(Pt/C)催化剂,但其价格高、资源储量低,难以大规模应用。因此,近年来许多研究者致力于探寻低成本高性能非铂ORR催化剂,以期降低催化剂成本,推进质子交换膜燃料电池和金属空气电池的商业化进程。杂原子掺杂碳材料属于一种新型的非贵金属ORR催化剂,具有优异的电化学性能且成本低廉,显示了广阔的应用前景。以杂原子的不同作用原理为线索综述最近几年杂原子掺杂碳基ORR催化剂的研究进展,着重论述杂原子对于碳材料电子结构的影响,并讨论了杂原子掺杂碳材料催化剂面临的问题以及发展趋势。     

杂原子掺杂碳基氧还原反应电催化剂研究进展

氧还原反应（ORR）是质子交换膜燃料电池和金属空气电池等清洁能源转化技术中的关键步骤，但其反应能垒高，动力学缓慢。目前，氧还原性能最佳的催化剂仍然是已经商业化的碳载铂（Pt/C）催化剂，但其价格高、资源储量低，难以大规模应用。因此，近年来许多研究者致力于探寻低成本高性能非铂ORR催化剂，以期降低催化剂成本，推进质子交换膜燃料电池和金属空气电池的商业化进程。杂原子掺杂碳材料属于一种新型的非贵金属ORR催化剂，具有优异的电化学性能且成本低廉，显示了广阔的应用前景。以杂原子的不同作用原理为线索综述最近几年杂原子掺杂碳基ORR催化剂的研究进展，着重论述杂原子对于碳材料电子结构的影响，并讨论了杂原子掺杂碳材料催化剂面临的问题以及发展趋势。     

新型高介孔载体用碳气凝胶的制备及表征

铂基催化剂是质子交换膜燃料电池的核心材料,使用合适的载体负载Pt可以有效降低Pt的用量,降低成本。碳气凝胶具有良好的导电性和可控的纳米三维网络结构,是催化剂载体的最佳材料之一。采用间苯三酚、间苯二酚和甲醛为碳源,PEG-2000为模板剂,采用反相微乳液法制备出了具有高比表面积(750m²/g)、高介孔孔径(15～50nm)的碳气凝胶微球,采用间歇微波加热辅助还原乙二醇法将纳米Pt颗粒均匀的负载在碳气凝胶表面,利用电化学工作站测得其循环伏安曲线,计算出其电化学活性面积高达191m²/g_Pt,远高于相同Pt含量的商业铂碳催化剂(79m²/g_pt),在经过5000次循环后仍具有较高的催化活性。     

原子力显微镜在质子交换膜燃料电池表/界面现象中的应用

综述了原子力显微镜（AFM）的技术特点及其在质子交换膜燃料电池（PEMFCs）表/界面现象研究中的应用,总结了利用AFM多种模式表征质子交换膜和催化层的表面性质、界面结构、质子传导机理以及电化学活性方面的研究进展。除此之外,AFM可以在燃料电池工作条件下对电化学反应过程进行监控, 实时观察PEMFCs中的电化学行为,是研究PEMFCs中质子传导机理和电化学活性的一种有效手段。AFM研究对质子交换膜的合成与改性具有一定的指导意义,同时也为催化剂等其他关键材料的制备提供了参考,为PEMFCs中电化学反应过程的研究开辟了更多的方向,具有良好的发展前景。     

质子交换膜燃料电池研究进展

质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell, PEMFC）因具有效率高、功率密度大、排放产物仅为水、低温启动性好等多方面优点,被公认为下一代车用动力的发展方向之一。然而,目前PEMFC在耐久性和成本方面距离商业化的要求还存在一定差距。为攻克上述两大难题,需要燃料电池全产业链的共同努力和进步。本文回顾了近年来质子交换膜燃料电池从催化剂、膜电极组件、电堆到燃料电池发动机全产业链的研究进展和成果,梳理出单原子催化剂、非贵金属催化剂、特殊形貌催化剂、有序化催化层、高温质子交换膜、膜电极层间界面优化、一体化双极板-扩散层、氢气系统循环等研究热点。文章指出,催化层低铂/非铂化、质子交换膜超薄化、膜电极组件梯度化/有序化、燃料电池运行高温化、自增湿化是未来的发展趋势,迫切需要进一步的创新与突破。     

常温下以甲烷为燃料的质子交换膜燃料电池发电可行性研究

尝试了常温下以甲烷为燃料的质子交换膜燃料电池发电的可能性，研究了温度和阳极催化剂对其燃料电池开路电压和放电性能的影响。结果表明，甲烷在常温下能够进行电化学氧化，随着电池工作温度的升高，燃料电池的开路电压和功率密度逐渐增加。阳极催化剂的铂含量和催化剂的组成对甲烷的电化学氧化具有非常大的影响。90℃下使用Pt（40wt．％）-Ru（20wt．％）／C为阳极催化剂（催化剂担载量：（2mg Pt＋1 mg Ru）·cm^-2），在以甲烷为燃料时，质子交换膜燃料电池功率密度达到了5．4mW·cm^-2。     

质子交换膜燃料电池非铂电催化剂研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)目前主要催化剂为贵金属Pt基催化剂。然而,Pt价格高、储量低等问题严重阻碍了PEMFCs的商业化进程。发展低成本、高性能的氧还原催化剂是解决铂资源短缺、降低燃料电池成本、实现燃料电池商业化的关键。结合本课题组的研究工作,综述了最近几年非铂催化剂在燃料电池阴极氧还原方面的研究进展,着重探讨了新型氮掺杂碳基纳米材料的设计与制备,并概述了非铂催化剂面临的困难以及未来发展方向。     

用于燃料电池的聚合物电解质膜及其改性方法

聚合物电解质膜是质子交换膜燃料电池的核心部件.目前广泛使用的全氟质子交换膜(如Nafion(R)系列)存在着价格昂贵、使用温度有限、甲醇渗透率高以及降解再生困难等缺点.对聚合物基质材料进行物理或化学改性,可以提高质子传导率、改善机械强度等性能,获得高性能、低成本的质子交换膜.从聚合物材料改性的角度,综述了燃料电池用聚合物电解质膜的制备方法和电化学性能,并对各种改性方法进行了比较.