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。     

质子交换膜燃料电池技术的发展及应用

概述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的发展历史和现状,并对其应用前景进行了展望;对质子交换膜燃料电池的膜、膜电极、电催化剂和双极板等关键技术进行了简要介绍。     

高温质子交换膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池解决了传统质子交换膜燃料电池催化剂易受CO等杂质气体毒化、水热管理复杂等问题,成为当今燃料电池发展的主要方向。高温质子交换膜是实现高温操作的关键部分。本文结合质子传递机理,分析了以水作为质子溶剂、非水质子溶剂质子交换膜以及无机固态质子导体膜的研究现状,认为有机/无机复合膜和非水质子溶剂膜,尤其是其中的磷酸掺杂的PBI膜是高温质子交换膜的发展方向。     

质子交换膜燃料电池关键技术研究进展

简述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作原理及特点；综述了PEMFC关键技术的最新研究进展，包括质子交换膜合成、电催化剂制备、膜电极工艺及水管理和热控制；并简介了我国PEMFC的开发情况。     

质子交换膜燃料电池的发展现状

简要叙述了质子交换膜燃料电池的发展历史,介绍了高效、新型电催化剂、新型质子交换膜、新型双极板与流场的研究、应用、开发等关键技术,并对质子交换膜燃料电池的发展前景进行了展望。     

PEMFC膜电极的研究进展

膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，膜电极的研究对降低质子交换膜燃料电池的成本以及提高其性能具有重要意义。研究了构成膜电极的各部件，分析了高性能部件在商业上普及的可行性。综述了构成膜电极的各关键部件的研究现状，对其发展趋势进行了展望。     

质子交换膜燃料电池研究及应用现状

介绍了国内外质子交换膜燃料电池(PEMFC)研究的整体现状及水平,分别讨论了PEMFC的3个关键部件:质子交换膜的材料要求,电化学反应催化剂的特点,膜电极的组成、制备工艺和最新进展,重点讨论了全氟磺酸型质子交换膜的类型、优缺点和当前的研究方向。在此基础上,追述了近年来国内外以PEMFC作为电动汽车动力源的实际应用情况,并指出应用PEMFC存在的问题。可以看到,PEMFC具有广阔的应用前景,将会在电动汽车方面得到最早的商业化应用。     

乙烷质子交换膜燃料电池的研究

研究了以乙烷作为燃料、全氟磺酸高分子膜(Nafion膜)作为质子交换膜、Pt或Pt-Ru作为电极催化剂主要组分、并通过掺杂Nafion膜作为电极内的离子导体构成的燃料电池电化学性能.研究了两种电极催化剂:Pt与Pt-Ru复合催化剂的制备及构成的单电池在不同温度及运行时间下的电化学性能.温度增加,电池性能变好;运行时间增加,电池性能下降,在相同的温度与运行时间下,Pt-Ru复合催化剂构成的电池比Pt催化剂构成的电池极化小.通过分析电极反应产物,探讨了乙烷电极及电池的反应机理.结构为C2H6,( Pt-Ru+膜材料复合阳极)/Nafion膜/(Pt+膜材料复合阴极),O2 的质子交换膜燃料电池,在150℃时,电池的最大输出电流和功率密度分别高达70 mA·cm-2和22 mW·cm-2.     

一种新型磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成与表征

质子交换膜是质子交换膜燃料电池膜电极的核心部件之一,它的性能好坏对整个系统的运行起着至关重要的作用．目前在质子交换膜燃料电池中普遍采用的质子交换膜材料是全氟磺酸系列薄膜,这类材料具有较高的质子传导率、化学及机械稳定性,但用于直接甲醇燃料电池（DMFC）时则存在甲醇渗透、导致燃料电池输出性能大大降低的问题     

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。     

结构参数对质子交换膜燃料电池阴极有序催化层的影响

建立了质子交换膜燃料电池阴极有序催化层的稳态数学模型，目的是研究催化层厚度、铂载量、电解质体积含量和碳载体直径等设计参数对催化层性能的影响。模型方程涉及质子、电子和氧气的传递以及电化学反应等过程。计算结果与实验数据吻合。模拟表明，一定范围内较薄的催化层有利于性能提高，但厚度太小反而不利；提高电解质体积含量和铂载量可以明显改进催化层工作特性，但存在优化值，高于此值，催化层性能迅速下降；较细的碳载体直径会适当改善催化层性能。     

质子交换膜燃料电池膜电极制备方法的研究进展

燃料电池技术作为一种绿色能源技术,在减少能源消耗、环境污染等方面具有巨大潜力。膜电极（MEA）是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心部件,MEA中电化学反应的顺利进行需要各功能层的协调配合,MEA各功能层涉及的传质、导电、导质子、催化等方面均影响燃料电池的性能。根据制备方法,可以将MEA分为催化剂涂敷基底（CCS）型MEA、催化剂涂敷膜（CCM）型MEA、有序化MEA和一体化MEA。MEA的性能不仅由催化剂本身载量决定,也受其结构设计和制备工艺的影响。本文介绍了MEA制备过程中常见的改进方法,分别从催化剂喷涂、刮涂、模槽挤出涂覆方式,催化剂浆料组成中Nafion含量和溶剂极性选择,催化层梯度化、图案化及界面结构改进,PEM结构增强、图案化、成膜方式等方面的研究进展进行讨论。但是目前对于MEA各功能层界面间的研究较少,应该注意的是催化层/质子交换膜（PEM）界面以及催化层/气体扩散层（GDL）界面设计也将直接影响MEA的性能。     

直接利用生物质的化学燃料电池研究进展

近些年燃料电池技术有了长足的发展,利用燃料电池处理废弃生物质并产电是一种新型途径,可以达到废物处理、能源回收的目的。然而,受限于燃料种类、电池性能、产物分离等因素,传统的燃料电池难以直接用于处理废弃生物质。本文首先针对中低温燃料电池如碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池的研究现状进行了综述,结果表明,碱性燃料电池在以小分子有机物作为燃料时性能良好,但是容易受到产物CO₂酸化影响;液相催化燃料电池在催化剂耐受性、生物质处理、电池功率密度等方面表现出优异的性能。然后介绍了电催化剂如过渡金属氧化物、多酸等研究现状,此类催化剂具有较强的氧化性、布朗斯特酸性和路易斯酸性等,具有很强的催化分解生物质的能力,针对液相催化剂不易分离的局限,介绍了催化剂固载化、纳米复合材料等研究进展。之后介绍了电极材料和膜材料的研究进展,碳极板因其综合性能和成本成为当前的主流选择,全氟磺酸膜性能优异,成为实验探究应用的理想材料,同时对一些复合材料的研究现状进行了简要介绍。最后,对化学燃料电池应用于生物质处理的方向进行了展望,液相催化燃料电池综合性能突出,在可处理生物质种类、催化剂循环等问题进一步优化之后,有望成为一种废弃生物质处理的新途径。     

Fuel cell performance of polymer electrolyte membrane based on hexafluorinated sulfonated poly(ether sulfone)

The potential-current fuel cell characteristics of membrane electrode assemblies (MEAs) using hexafluorinated sulfonated poly(ether sulfone) copolymer are compared to those of Nafion^® based MEAs in the case of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) and direct methanol fuel cell (DMFC). The hexafluorinated copolymer with 60 mol% of monosulfonated comonomer based acid form membrane is chosen for this study due to its high proton conductivity, high thermal stability, low methanol permeability, and its insolubility in boiling water. The catalyst powder is directly coated on the membrane and the catalyst coated membrane is used to fabricate MEAs for both fuel cells. A current density of 530 mA cm^?2 at 0.6 V is obtained at 70 °C with H₂/air as the fuel and oxidant. The peak power density of 110 mW cm^?2 is obtained at 80 °C under specific DMFC operating conditions. Other electrochemical characteristics such as electrochemical impedance spectroscopy, cyclic voltammetry, and linear sweep voltammetry are also studied.     

PEMFC膜电极组成及其性能

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的膜电极(MEA)由质子交换膜、催化层、水管理层(WML)和扩散层组成。研究了WML的厚度和聚四氟乙烯(PTFE)的含量对膜电极性能的影响,并采用了两种新型造孔剂(碳酸氢铵和硫酸铵)优化WML的孔结构。采用环境扫描电镜(ESEM)表征了膜电极的表面形貌和孔结构;采用单体PEMFC的电流密度-电压曲线评价了膜电极在外增湿和自增湿方式下的极化特性,结果表明,WML的建立提高了膜电极的水管理能力,使膜电极在自增湿方式下具有良好的极化特性。     

聚砜类燃料电池质子交换膜研究进展

介绍了质子交换膜的分类，综述了主链型聚砜质子交换膜、侧链型聚砜质子交换膜、无机掺杂复合型聚砜质子交换膜等聚砜类燃料电池质子交换膜的最新研究进展，全面阐述了磺化聚砜的形貌、结构对材料物理化学性能的影响，并展望了聚砜类燃料电池质子交换膜的发展前景。