PEM燃料电池中质子交换膜内水和质子的迁移特性

质子交换膜的水含量及水和质子的迁移对PEM燃料电池的性能具有重要影响.提出了一个稳态两相流数学模型,用以研究质子交换膜中的水迁移和水含量及其与质子传递阻力的关系.模型耦合了连续方程、动量守恒方程、物料守恒方程和水在质子交换膜中的传递方程.通过与实验数据对比,验证了模型的有效性.分析模拟结果发现,当电流密度相同时,沿气体流动方向,质子交换膜中水的电渗拉力系数、反扩散系数和水力渗透系数逐步增大,而水的净迁移系数逐步减小;同时,质子交换膜的含水量增加,质子传递阻力逐步下降;增大电池的操作压力,电渗拉力系数、反扩散系数、水力渗透系数、水净迁移系数和质子膜的含水量增加,而质子传递阻力下降,使燃料电池的性能得到了提高.     

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。     

阴、阳极加湿程度对PEMFC内部传质的影响

为了研究常规流场下阴、阳极增湿程度对电池内部水分布、传递、膜性能及水拖曳系数等的影响,对PEMFC进行二维建模,应用控制容积法对控制方程进行离散,然后求解,得到了电池内部水和反应气浓度、速度分布、膜中电流密度、电势分布及膜中水分布,考察了气体不同增湿程度对质子交换膜电导率及电池内部传质的影响.结果表明,PEMFC中水综合拖曳系数随着阳极加湿程度的增加而增大,随阴极增湿程度的增加而减小,但阳极增湿对水综合拖曳系数的影响比同增湿程度下阴极增湿对水综合拖曳系数的影响大得多.同时,随着阳极加湿程度的升高,质子交换膜（PEM）电导率急剧升高,而阴极加湿程度对PEM电导率的影响只是停留在较小的电流范围之内.故PEMFC在小电流密度工作时,应该使阳极气体充分增湿;而在大电流密度工作时,应该适当降低阳极的增湿程度以降低阴极两相流的机会,从而改善阴极的传质状况.     

质子交换膜燃料电池研究现状及发展

质子交换膜燃料电池是一种高效清洁的发电技术,具有反应动力学快、启动温度低等特点。目前质子交换膜燃料电池技术发展迅速,有望得到广泛推广和普及。本文从质子交换膜燃料电池核心组件出发,对近年来质子交换膜燃料电池的发展进行了简要概述。从材料出发,对核心组件进行分类,详细介绍了质子交换膜、催化剂以及气体扩散层的研究现状和技术特点,综述了各组件的研究方法、改进方法以及研究进展,展望了质子交换膜燃料电池的研究方向和未来发展趋势。基于高温环境下的各种优势,具有短侧链、低当量的且适用于高温低湿环境的质子交换膜仍将是重点研究对象。质子交换膜燃料电池将进一步向低Pt甚至无Pt方向发展,同时未来将实现无增湿条件下的水平衡。     

免增湿型空气自呼吸燃料电池的研究进展

空气自呼吸质子交换膜燃料电池是一种主动吸取空气的燃料电池装置,由于本身的高能量转换效率和反应产物环保的优点被广泛应用在各种移动供电系统中。但是空气自呼吸质子交换膜燃料电池正常工作需要面对一系列问题,包括防止反应气体泄漏、电化学反应生成水的管理、热量的扩散和能够长时间稳定工作以及由于反应气体的不充分湿润和质子交换膜内水分子的电渗,扩散和蒸发作用造成的质子交换膜脱水等,这些问题都会严重影响燃料电池的性能表现。因此本文围绕以上的问题介绍国内外的研究情况,包括空气自呼吸质子交换膜燃料电池各组成部件的研究和开发,例如单电池中阴极集流板的开孔样式对氧气运输和水分管理的影响,气体扩散层和双极板的材料选用;通过添加亲水物质或改良催化剂载体等方法制作免增湿膜电极来实现空气自呼吸燃料电池免增湿目的以及改良阴极部件构造使水分在亲水织物材料的毛细管作用下能够合理分布在膜电极周围。通过介绍国内外关于空气自呼吸燃料电池的应用实例,展望了空气自呼吸燃料电池的应用前景和发展趋势。最后对如何提高空气自呼吸燃料电池性能的方法也作出了简单的总结。     

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。     

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。     

质子交换膜的应用与市场研究

介绍了质子交换膜的概念、产品及产品的类型、功能原理及主要性能指标;对质子交换膜的应用作了汇总与归纳;研究了质子交换膜在氯碱工业应用的市场规模与发展趋势、产品价格及其变化、主要产品供应商和国内主要消费企业;介绍了质子交换膜燃料电池及其应用状况前景、燃料电池质子交换膜市场现状与未来展望,分析了国内质子交换膜产业链状况.     

质子交换膜燃料电池系统低温启动技术研究进展

质子交换膜燃料电池电动汽车具有绿色环保、续航里程长等优点,但在温度较低的环境下存在启动困难甚至失败的问题,这一问题严重制约了质子交换膜燃料电池电动汽车的发展。研究调查了质子交换膜内部结冰的原理,简述了0℃以下低温环境下启动过程对质子交换膜本身、催化层、气体扩散层以及膜电极整体带来不同程度的损伤,重点分析了质子交换膜燃料电池电动汽车低温启动的策略,可大致分为三类：停机吹扫的控制策略、外部辅助加热和无辅助加热。分析表明每种方法都有其各自的优点与缺点,但总的来说单一的启动方法对质子交换膜燃料电池电动汽车低温启动的效果不如多种方法混合使用的效果理想,未来燃料电池电动汽车的低温启动技术将会朝着多种方法共同协助的趋势发展。     

大功率PEMFC空气供给系统建模与实验验证

近年来,质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为车载燃料电池的主要动力源受到广泛关注。空气压缩机为电堆提供系统所需的氧气和阴极压力,是质子交换膜燃料电池系统中必不可少的一部分,其工作性能对燃料电池稳态和动态工作性能有很大的影响。基于实验室已有150 kW质子交换膜燃料电池系统,对离心式空压机的工作特性进行了研究,建立了包含离心式空气压缩机的空气供给系统应用模型。通过实验验证,仿真模型能够准确地反映离心式空压机与空气系统的特性,同时能真实反映包含离心式空压机的大功率质子交换膜燃料电池空气系统的稳态控制效果,以及不同控制策略下的动态响应效果。该模型对研究大功率质子交换膜燃料电池空气供给系统以及相应的控制策略提供理论支持,仿真模型与实验结果为下一步控制策略优化提供基础与参考。     

用于质子交换膜的高质子传导率聚合物研究进展

质子传导率超过Nafion膜的质子交换膜是近年来研究的焦点。质子交换膜的质子传导率与它们的IEC值和形态有关。形成离子通道是开发高质子传导率的质子交换膜的一种有效方法。形成离子通道主要有3种:1)用嵌段共聚物的微相分离;2)侧链和支链磺化的聚合物;3)局部区域的高密集磺化。此外,与无机纳米材料形成纳米复合材料的质子交换膜也能提高质子交换膜的质子传导率及质子交换膜的机械强度、尺寸稳定性、耐氧化稳定性等性能。综述了关于用于高质子传导率的燃料电池质子交换膜(PEM)的聚合物的研究进展。对高质子传导率的燃料电池膜聚合物的发展趋势进行了展望。     

大功率PEMFC空气供给系统建模与实验验证

近年来,质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为车载燃料电池的主要动力源受到广泛关注。空气压缩机为电堆提供系统所需的氧气和阴极压力,是质子交换膜燃料电池系统中必不可少的一部分,其工作性能对燃料电池稳态和动态工作性能有很大的影响。基于实验室已有150 k W质子交换膜燃料电池系统,对离心式空压机的工作特性进行了研究,建立了包含离心式空气压缩机的空气供给系统应用模型。通过实验验证,仿真模型能够准确地反映离心式空压机与空气系统的特性,同时能真实反映包含离心式空压机的大功率质子交换膜燃料电池空气系统的稳态控制效果,以及不同控制策略下的动态响应效果。该模型对研究大功率质子交换膜燃料电池空气供给系统以及相应的控制策略提供理论支持,仿真模型与实验结果为下一步控制策略优化提供基础与参考。     

丙烯腈-对苯乙烯磺酸共聚物质子交换膜的合成与性能

采用沉淀共聚法制备丙烯腈-对苯乙烯磺酸钠(AN-SSNa)共聚物,成膜酸化得到丙烯腈-对苯乙烯磺酸(AN-SSA)共聚物质子交换膜,研究了SSNa含量对AN-SSNa共聚物水溶性及SSA单元含量对AN-SSA共聚物质子交换膜吸水率、离子交换容量(IEC)、甲醇渗透率和电导率的影响。结果表明当共聚物中SSNa含量为0～4.7%(mol)时,AN-SSNa共聚物不溶于水;随着AN-SSA共聚物中SSA单元含量增大,质子交换膜的吸水率、IEC和甲醇渗透率均增大。用交流阻抗法测定AN-SSA共聚物质子交换膜的电导率,发现膜的电导率也随SSA含量增大而增大。定义膜的电导率与甲醇渗透率之比为膜的选择性系数,发现采用SSA含量为3.12%(mol)的AN-SSA共聚物制备的质子交换膜的选择性系数最大。     

质子交换膜燃料电池的研究开发与应用

质子交换膜燃料电池是当前时期的新型发电装置,对我国发电技术水平提升意义重大。但在质子交换膜燃料电池推广应用中,其核心技艺限制较多。因此,本文基于质子交换膜燃料电池的研究开发现状,对质子交换膜燃料电池的具体应用展开分析。借此明确该燃料电池实践价值,强化燃料电池研究力度。     

磺化聚磷腈类质子交换膜研究进展

保护环境,开发环保型能源,对人类和社会具有重要意义。质子交换膜燃料电池由于环境友好,近年来引起了电池领域研究者们的兴趣。质子交换膜是燃料电池的重要组成部分,磺化聚磷腈由于具有质子传导率高,稳定性能好,成本较低等优点可以作为质子交换膜的备选材料。本文主要综述了磺化聚磷腈类质子交换膜在燃料电池质子交换膜方面的研究进展,详细介绍了此类质子交换膜的制备和表征,同时对其应用前景做了评论和展望。     

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可视化研究进展

质子交换膜燃料电池(包括氢氧质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池)内的两相流动以及相应的水管理、气管理对燃料电池的性能和寿命有很大的影响,而可视化方法是研究流场槽道内两相流动非常重要的方法之一。可视化实验可以真实地展示气泡或液滴在流场槽道内的生成以及发展过程,有利于了解其进化机制,从而进一步优化气管理、水管理并提高电池性能。本文主要综述了质子交换膜燃料电池两极流场内两相流动的可视化研究进展,讨论了扩散层的润湿性以及扩散层内水的传递机理,还介绍了实现可视化的方法,并提出了可视化研究的不足及发展方向。     

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。     

阻醇燃料电池质子交换纳米复合膜研究进展

综述了质子交换膜纳米复合材料用于甲醇燃料电池的最新研究进展,全面阐述了纳米复合材料的形貌、结构对材料甲醇透过性、质子导电性等物理化学性能的影响,并展望了甲醇燃料电池质子交换膜复合材料的发展前景。