质子交换膜燃料电池电极结构的扫描电镜分析

质子交换膜燃料电池采用固体聚合物膜为电解质,简化了电池的水和电解质管理;薄的电解质膜使其可以获得非常高的比能量;高度可靠性和环境友好使其在用于航天、陆地和水下设备电源等方面具有广泛的应用前景。良好的电极结构是获得高的电池性能的先决条件。本文采用扫描电镜,对质子交换膜燃料电池的铂电催化剂、电极表面和电极切面等进行了分析。结果表明：只有良好地分散,催化剂才有较大的表面积;电极的催化层经热压后,厚度减薄一半;在电极内过多地浸入Ｎａｆｉｏｎ将增大电解质电阻,采用喷涂法向电极内浸入Ｎａｆｉｏｎ易在电极表面形成一层电解质薄膜,造成电极内Ｎａｆｉｏｎ不足,表面过剩,减少电极反应界面和增大质子传递阻力。     

国产材料燃料电池膜电极的性能研究

为降低燃料电池成本,促进国产燃料电池关键材料的广泛应用,利用国产石墨碳纸、国产全氟磺酸质子交换膜、国产Pt/C催化剂等燃料电池关键材料,采用基于固体电解质支撑催化层的工艺制备了膜电极多层组件.并组装了常压氢-空质子交换膜燃料电池,并对电性能进行了测试分析.通过对国产材料膜电极催化剂层载量、平整层载量以及制备工艺的优化,制备出了性能稳定的高性能国产材料膜电极.实验结果表明,在常压、操作温度为60℃、加湿温度50℃的条件下,国产材料H2-Air燃料电池的最高比功率可达到0.55 W/cm2.实验表明.国产材料膜电极活性面积从5cm2增大到25 cm2.电池在0.5 V至开路区间的电性能几乎没有衰减,为大面积电堆的应用打下了坚实的基础.     

高功率密度质子交换膜燃料电池研究

采用低铂载量E TEK电极组装质子交换膜燃料电池 (PEMFC) ,研究了质子交换膜厚度、电极立体化的聚合物电解质Nafion含量和操作条件对PEMFC性能的影响 ,同时对电池进行了稳定性试验。实验发现 :(1)使用薄膜电解质(Nafion 112 )显著提高了电池性能 ;(2 )电极立体化的Nafion含量为 0 .9mg/cm2 时性能最佳 ;(3)提高电池温度和气体压力有利于改善电池性能 ;(4 )Nafion 112膜和低铂载量E TEK电极组装的PEMFC稳定性良好 ,在 90 0h内未见电池性能下降 ,且质子交换膜和电极之间相互结合良好 ,无断裂或分层现象发生     

一体式可再生燃料电池膜电极和流场研究

一体式可再生燃料电池(URFC)对质量限制场合有着十分重要意义.膜电极(MEA)和流场构型是影响URFC性能的主要因素,为此研究了氧电极中Pt和Ir催化剂比例和两种流场构型,以及电池工作温度.通过电池双模式循环工作效率来评价膜电极和流场对一体式可再生燃料电池性能的影响.结果表明:最佳催化剂比例是:Pt与Ir质量比3∶1...     

PtCr/C-Nafion 膜氧电极的电催化活性

氧还原电催化剂的研究对聚合物电解质膜燃料电池技术的发展具有极其重要的意义。实验表明某些碳载铂的二元合金可以改善聚合物电解质膜燃料电池中氧还原的电催化性能。本工作的目的是考察ＰｔＣｒ／Ｃ作为氧电极催化剂的活性。采用松木碳为载体和水合肼为还原剂,通过化学还原沉积法制得Ｐｔ／Ｃ和ＰｔＣｒ／Ｃ催化剂。通过涂层和热压得到催化剂－Ｎａｆｉｏｎ膜电极。用电流－电位极化和恒电流放电法研究了催化剂－Ｎａｆｉｏｎ膜电极的性能。与Ｐｔ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜电极比较,ＰｔＣｒ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜电极对氧的电化学还原显示出高的活性。热处理催化剂的活性比未热处理的高。ＸＲＤ分析结果表明,热处理催化剂活性的提高看来主要是由晶格结构改变的结果引起的。     

质子交换膜燃料电池膜电极组件研究

膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池的核心部件。系统地研究了MEA的组成和结构对其性能的影响。研究提出:催化层中掺杂Nafion聚合物的亲水电极比传统的催化层中掺杂PTFE的疏水电极性能有了较大的提高;不同种类质子交换膜对MEA的性能影响很大,Nafion112和Dow膜是目前比较适宜的质子交换膜;采用石墨类碳纸的电极性能高于采用碳纤维类碳纸的电极;电极催化层中Nafion聚合物的最佳含量比为30%左右。根据氢电极和氧电极反应难度的不同,提出为了减少催化剂的用量同时不显著影响电池的性能,氢电极的铂载量应该低于电极的观点,并通过了实验验证。     

Nafion 浸渍的 PEMFC 氧电极性能研究

研究了气体扩散层对聚合物电解质膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）膜电极性能的影响,并比较了Ｎａｆｉｏｎ浸渍和ＰＴＦＥ粘接两种电极制备工艺,分析了采用Ｎａｆｉｏｎ溶液浸渍氧电极后性能提高的原因。实验发现：气体扩散层影响膜电极性能,采用低电阻值的碳纸有利于膜电极性能的提高;采用Ｎａｆｉｏｎ溶液浸渍ＰＴＦＥ粘接的电极显著提高了电极性能,这归因于氧还原反应三维反应区的扩展。     

离子交换膜燃料电池初步研究

离子交换膜燃料电池(PEMFC)的研究与应用开发再度兴起,并取得了突破性进展,使人们意识到这一电池技术在能源应用领域中前景广阔.本文简要介绍利用航天氢氧燃料电池(碱性燃料电池)研究工作经验和技术积累,探索离子交换膜燃料电池的电极立体化过程、电极与离子膜“三合一”组件制备工艺条件以及使用国产离子膜作为电解质的单电池运行条件与实验结果.     

HT-PEMFC耐CO多层复合结构阳极研究

高温聚合物电解质膜燃料电池(HT-PEMFC)使用富氢重整气代替纯氢进料时,其中高浓度CO(可达3×10-2)会导致电极毒化,使电池性能降低.采用Pt/C和PtRu/C催化剂制备多层结构阳极,研究了不同阳极结构在重整气进料时对电池性能的影响,优化得到最佳阳极结构(内侧Pt/C、外侧PtRu/C复合阳极).与传统Pt/C...     

质子交换膜燃料电池CCM膜电极

采用喷涂工艺制备了三合一(CCM,Catalyst Coated Membrane)型质子交换膜燃料电池膜电极,研究了分散剂、催化剂、质子交换膜对膜电极性能的影响.结果表明:CCM型膜电极的放电性能好于传统热压方法制备的膜电极;乙醇、异丙醇和乙二醇等水溶液分散剂对CCM膜电极中低电流密度区放电性能影响不大,而在高电流的浓差极化控制区乙二醇最佳,而乙醇最差;优化催化剂的Pt担量和阴极催化剂的用量能够显著提高膜电极的性能,而通过减小质子交换膜的厚度,降低膜的面电阻可以进一步提高膜电极的放电性能.     

质子交换膜燃料电池核心组件研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池的组成和各组件在电堆中所起的作用。综述了不同类型质子交换膜的性能和特点;简述了铂系催化剂的研究现状和双极板材料的发展情况;分析了膜电极制备技术和双极板不同流场的设计。预测了质子交换膜燃料电池核心组件的发展方向和前景。     

PEMFC关键组件的研究进展

膜电极和双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键组件。研究和开发新型的关键组件,是PEMFC实现产业化的必要条件。介绍了PEMFC关键组件的最新进展,讨论了各种材料和结构对电池性能的影响。     

燃料电池冰点以下低温特性研究现状

在冰点温度以下的启动问题是制约质子交换膜燃料电池产业化的技术瓶颈之一.从冷启动行为与性能衰减和恢复、低温下膜中水形态、催化层电化学性能损失、扩散层、微孔层、电极孔结构破坏等方面评述了低温操作和冷启动对燃料电池电极材料、膜电极组件和电池组性能的负面影响,并对燃料电池的冷启动解决方案和防冻措施进行了分析与评价.     

PEMFC用氢-空自增湿MEA的性能

采用流延法重铸Pt掺杂的Pt-PSFA复合膜,组装了常压氢-空自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC)。通过对催化剂层载量、平整层载量的优化,利用催化剂涂覆膜(CCM)技术制备了性能稳定的自增湿膜电极组件(MEA)。在常压、操作温度为60℃、干燥反应气的条件下,Pt-PSFA复合膜组装的PEMFC的最大功率密度为448 mW/cm2。MEA的活性面积从6.25 cm2增大到25 cm2,PEMFC的性能几乎没有衰减。     

质子交换膜燃料电池设计与制作

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置,当外部持续供给燃料和氧化剂时,燃料电池可以连续发电。以小功率质子交换膜燃料电池为设计目标,介绍了燃料电池的工作原理,对双极板结构、膜电极、绝缘板、密封装置、散热装置、集流装置、电压调整功率模板等重要部件及质子交换膜燃料电池整体结构进行了设计。通过样机测试,参数达到了设计要求,并进一步讨论了设计要点。     

加快燃料电池产业化进程的建议

燃料电池经过 10 0多年的发展 ,世界各国都已在燃料电池的规模化生产和实际应用等方面取得了一些成果。但是 ,目前燃料电池的成本太高 ,没有商品化价值 ,从而阻碍其产业化发展。对燃料电池产业化的问题提出了一些看法和建议 ,认为降低成本是燃料电池可能商品化的主要条件 ,而降低成本的关键是材料和成型工艺。以质子交换膜燃料电池为例 ,必须通过减少用量或发现新材料而取代目前使用的催化剂、离子交换膜和双极板 ,才能大幅度降低电池的价格。由于燃料电池是一个系统工程 ,提出协同作战、联合攻关的思路 ,对利用有限经费获取丰硕成果提出了的一些建议     

PEMFC膜电极组件关键材料的回收

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极组件(MEA)的结构及关键材料做了介绍,综述了MEA关键材料的回收方法。认为超临界流体法较好;醇分离法和浸渍分离法如能作进一步改进,也值得考虑。