燃料电池用高温质子交换膜的研究进展

燃料电池是一种高效的清洁能源技术,可缓解当今社会面临的能源和环境问题。质子交换膜燃料电池是一种重要的燃料电池类型,质子交换膜是其关键组件,起到传导质子、隔绝电子和阴阳两极的反应物的作用。质子交换膜燃料电池在低温下存在许多难以解决的问题,升高工作温度可以解决这些问题。因此需要开发高温低湿度下工作的膜材料。本文综述了高温质子交换膜的主要类型、制备与改性方法和质子传导机制,指出质子导体掺杂的聚苯并咪唑(PBI)类膜材料在高温低湿度下作为质子交换膜适用的巨大潜力,并探讨了复合PBI高温质子交换膜的制备、掺杂的质子导体类型和性能提升方法。最后本文归纳了高温质子交换膜面临的挑战,并指出了该类材料未来的研究方向,如设计合成新型质子导体、改善PBI抗氧化稳定性、调控膜微观结构来提升性能和开发新型聚合物电解质。     

质子导体材料的研究进展

质子导电性固体电解质(简称质子导体)具有广泛的应用前景,近年来成为研究的热点,文中介绍了有关质子导体材料的的研究进展,其中包括有机和无机质子导体材料的发展现状与存在的问题,并展望了质子导体材料的发展前景。     

燃料电池用复合质子交换膜的研究进展

针对全氟磺酸质子交换膜成本过高的问题,主要通过制备低成本、高性能的无氟质子交换膜来解决;针对质子交换膜在温度高于100℃时,其质子电导率急剧下降的问题,主要通过制备聚合物/无机颗粒复合质子交换膜来解决.本文对聚合物/无机颗粒复合质子交换膜的国内外研究现状进行了综述,重点介绍了无氟聚合物/无机颗粒复合质子交换膜的制备方法及其性能特点,并对今后的发展方向进行了展望.     

燃料电池质子交换膜的研究现状

目前燃料电池质子交换膜的研究正引起人们越来越多的关注,质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心组件.较详细地介绍了全氟化质子交换膜,部分氟化质子交换膜,有机/无机纳米复合质子交换膜,新型无氟化质子交换膜的性能及最新研究状况,最后对其发展前景进行了探讨.     

质子交换膜中质子输送过程的无规行走模拟

模拟了质子在聚合物电解质膜中的输送过程．借助无规行走模型研究了质子交换膜中含水量、酸掺杂量等因素对质子输送扩散系数的影响,本研究所建立的模型利用改变格子上组分的分布来考虑质子交换膜体系的实际变化．已有资料表明质子在膜中输送是链段运动输送和质子跃迁双重作用的结果,二者的贡献大小取决于具体质子导电体系的种类,本模型用格子重组和无规行走描述了这两种贡献．通过定性和半定量的分析比较,模拟结果较好地符合实验得出的结论．     

质子交换膜中质子输送过程模拟的研究进展

质子的扩散系数、电导率等质子在质子交换膜中的输送参数可以用实验的方法来表征,这些实验技术大多仍停留在用宏观的参数来反映其微观的性能上.运用计算机模拟技术可直接在分子规模描述其输送过程.主要综述了几种质子在质子交换膜中输送过程的模拟方法,讨论了这几种模型在模拟质子输送过程中的一些假设及求解质子输送情况时的大概思路.     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

对燃料电池用质子交换膜的研究进展进行了简要的概述,特别是从膜材料角度分类．较详细的介绍了全氟化质子交换膜,部分氟化质子交换膜,接枝、交联、共混型质子交换膜等的特性及最新的研究状况,并对其发展前景进行了探讨．     

燃料电池用含氟质子交换膜的研究现状

简要介绍了燃料电池的定义、分类及其特点.介绍了全氟磺酸质子交换膜中质子传输机理,按质子交换膜材料的不同,分类回顾了近年来全氟磺酸质子交换膜、部分含氟质子交换膜等领域的研究进展,并展望了今后的研究趋势.     

高温质子交换膜的研究进展

高温质子交换膜能解决传统燃料电池电极催化剂CO中毒、复杂的水热管理等问题,成为当今燃料电池发展研究的焦点。结合质子交换膜的结构与性能之间的关系,分析了分子结构设计对膜性能的重要影响,总结了接枝型、复合型质子交换膜、新型耐热交换膜的研究现状。对有机/无机粒子复合膜材料,磷酸掺杂聚苯并咪唑(PBI)、聚芳硫醚砜(PASS)等类型膜材料进行了评述,为高温质子交换膜的研究指明了方向。     

质子交换膜的研究现状与进展

简述了质子交换膜燃料电池中质子交换膜的质子传导机理;讨论了目前质子交换膜存在的甲醇渗透、耐温性等共性问题,就如何解决这些问题进行了评述,同时,论述了质子交换膜的研究开发现状及其发展前景。     

质子交换膜中质子输送过程的模拟

模拟了质子在质子交换膜(PEMs)中的输送过程。根据Nafion等磺化类PEMs的可能结构。借助无规行走模型研究了PEMs中不同组分间质子跃迁距离等参数对质子输送扩散系数的影响。并把从两维体系得到的结果和三维体系的结果进行比较。通过改变不同组分间的跃迁距离分析PEMs体系的变化。结果表明两者模拟结果无大的差别。已有文献表明质子在PEMs中输送是链段运动输送和质子跃迁输送双重作用的结果。二者的贡献大小取决于具体质子导电体系的种类。利用格子重排和无规行走模型研究了这两种机理对质子导电性能的贡献。     

New inorganic proton conductors

High values of proton conductivity have been observed in a class of hydrated metal oxide pyrochlores, HMO₃·xH₂O (M = Sb, Nb, Ta). Two new polymorphs of HSbO₃·xH₂O have been synthesized and are also found to be good proton conductors. One polymorph has a layer structure and is derived from KSbO₃ with the ilmenite structure. The other new HSbO₃·xH₂O polymorph has the cubic KSbO₃ structure. A correlation of TGA, IR, NMR, and proton conductivity data suggests that the best inorganic proton conductors (10^?2 (Ωcm)^?1 at 80°C) are hydrates; this supports a Grotthus-type conduction mechanism analogous to that observed in aqueous media.     

质子陶瓷膜燃料电池电解质材料的研究进展

质子陶瓷膜燃料电池作为固体氧化物燃料电池低温工作的一种有效途径而受到了广泛的关注.本文介绍了以高温质子导体为电解质的质子陶瓷膜燃料电池的进展,指出传统质子陶瓷膜燃料电池较差的化学稳定性是阻碍其发展的重要因素.重点评述了近期化学稳定性好的高温质子导体电解质材料的发展以及新的掺杂体系对于经典BaCeO3基质子导体在化学稳定性、电导率和烧结活性等方面的作用,分析了高温质子导体作为电解质材料在质子陶瓷膜燃料电池发展中存在的问题和发展的方向.     

Germanium electrode in an electrochemically active heterostructure with hydroxide proton conductor at room temperature

A macroscopic heterostructure synthesized in the form of a germanium-hydroxide proton conductor-graphite assembly generates electric voltage comparable with that in polymer microfuel cells (0.7 V). Germanium-containing heterostructures, operating at room temperature and involving no precious metals, can be used as electric current sources for low-power devices. From the fundamental standpoint, a new combination of solid hydroxide proton conductors with group-IV electrodes is also of interest.     

A comparative study of proton transport properties of zirconium phosphate and its metal exchanged phases

A new phase of amorphous zirconium phosphate (ZrP), an inorganic ion exchanger of the class of tetravalent metal acid (TMA) salt, is synthesized by sol-gel method. The protons present in the structural hydroxyl groups indicate good potential for TMA salts to exhibit solid state proton conduction. Cu²⁺ and Li⁺ are exchanged onto ZrP to yield CuZrP and LiZrP exchanged phases. All these materials were characterized for elemental analysis (ICP-AES), thermal analysis (TGA, DSC), X-ray analysis and FTIR spectroscopy. The transport properties of these materials were explored and compared by measuring conductance at different temperatures using an impedance analyser. It is observed that conductivity decreases with increasing temperature in all cases and mechanism of transportation is proposed to be Grotthuss type. Conductivity performance of ZrP, CuZrP and LiZrP is discussed based on conductivity data and activation energy.     

四电极质子补偿法测量质子交换膜的电导率

对已有的质子交换膜电导率的测试方法进行了分析，针对影响准确测量电导率的因素而设计了一种四电极质子补偿测试法．结果表明，该方法与传统的四电极测试法相比，简单方便、精度较高，能有效地避开极化与测量时间的影响，具有广泛的实用性．     

SnP2O7中温固体电解质的制备和导电性能

用固相反应法制备了不同P/Sn物质的量比的SnP2O7,并研究了该电解质在120～260℃范围内的导电性能。XRD分析表明SnP2O7为立方结构。热重分析了电解质在中温范围内的稳定性。用交流阻抗谱测量了电解质电导率,电导率随着HPO3在电解质中的残余量的提高而提高。测试结果表明电解质中起导电作用的主要是HPO3,而SnP2O7主要起支撑作用。最大电导率是在200℃,P/Sn物质的量比为3.0时,干空气条件下为5.1×10-2S/cm,湿空气条件下为6.6×10-2S/cm。