直接甲醇燃料电池用磺化聚醚醚酮质子交换膜

在回顾近年来直接甲醇燃料电池用磺化聚醚醚酮(SPEEK)质子交换膜的发展历程基础上,分别综述了制膜材料SPEEK的合成和SPEEK质子交换膜的制备研究进展,重点总结了SPEEK质子交换膜的电导率和阻醇性能及其稳定性的影响因素和影响规律,其中包括制膜材料和溶剂以及工艺、SPEEK的共混改性、SPEEK的填充改性或多层复合结构的影响,进而分析了高性能SPEEK质子交换膜的开发研究前景.     

聚合物质子传导电解质膜的研究进展

聚合物质子传导电解质膜(或称质子交换膜)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电解质和隔膜,其性能在很大程度上决定了PEMFC的性能.本文对目前已商业化的全氟磺酸膜和部分氟化膜以及目前正在大力开发的非氟化质子交换膜的状况及研究进展进行了介绍,并讨论了这些质子交换膜的结构、制备、性能以及它们在燃料电池中的应用.     

新型非氟芳环聚合物质子交换膜研究进展

综述了燃料电池用新型非氟芳环聚合物质子交换膜的研究进展,包括磺化芳环主链聚合物质子膜、非氟离子复合膜和酸碱聚合物复合膜的制备、结构和性能.并分析了它们各自的优点和存在的问题,对未来质子交换膜的发展作出了展望.     

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。     

燃料电池用新型质子交换膜的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效、清洁、高能量密度和高功率密度等诸多优点正引起人们越来越多的关注和研究．目前,质子交换膜是制约PEMFC技术应用的一个主要问题．为此,开发性能良好、成本经济的新型质子交换膜是一项很有意义的工作、综述了近几年国内外在新型质子交换膜(包括全氟磺酸膜、部分含氟磺酸膜、非氟质子交换膜)方面的研究进展．     

燃料电池用质子交换膜的发展方向

从Nafion膜的结构与性能的关系出发，主要分析了含水量、分子结构以及膜的微观结构和酸度对质子电导率的影响，指出了Nafion膜待克服的问题如高温电导率低，甲醇渗透性大，提出了质子交换膜以后的发展方向，包括Nafion膜的修饰与改性，含氟高分子作为主链接枝带有磺酸的支链，有机聚硅氧烷主链接枝烷基磺酸质子交换膜．     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

介绍了各种新型质子交换膜(PEM)的研究开发状况,阐述了对全氟磺酸树脂膜改性的研究进展,并对质子交换膜的研究方向和趋势进行了预测.     

磺化聚酰亚胺类质子导电材料的研究进展

Nafion等全氟磺酸膜由于寿命长,导电性能优越,迄今仍是质子交换膜燃料电池(PEMFCs)中性能最为优越的电解质,但其价格昂贵,难以大规模推广应用于民用产品。开发低成本的新型质子交换膜具有十分重要的意义。近年来新型质子交换膜的研究涉及新的离聚物、用于控制形态及保水能力的纳米有机无机复合膜以及碱性聚合物与舍氧酸的复合物等。同时磺化非氟聚合物多年来也一直得到人们的广泛关注。综述了磺化聚酰亚胺用于质子导电材料的研究进展,讨论了各种不同磺化二胺体系的独特优势以及存在的问题。     

质子交换膜的交联改性研究进展

燃料电池的应用需要性能优越的质子交换膜,而目前广泛使用的全氟磺酸膜以及其他类型的质子交换膜普遍都存在着热稳定性较差、溶涨过大、阻醇性能不理想等问题,这些缺点可用交联的方法得到一定程度的改善.综述了近年来交联改性质子交换膜的研究进展,并对其交联方法、改性效果进行了详细的讨论.     

磺化聚联苯醚砜／改性蒙脱土复合质子交换膜的研究

对蒙脱土进行了有机磺酸化改性和结构表征，并用于对磺化聚联苯醚砜膜的杂化改性，同时制备了改性蒙脱土（SMMT），磺化聚联苯醚砜（SPSU）复合质子交换膜，对它们进行的物化和燃料电池性能研究结果表明：有机磺酸化改性使蒙脱土层间距有所增大，有利于改善蒙脱土片层间的有机亲和性和质子传导能力；在SMMT／SPSU复合膜中含有较SPSU膜更多的键合水，使膜在升高温度下的含水率提高，改善了膜在高温、低湿度下的质子传导性能，有希望由此开发新的高温质子交换膜。     

质子交换膜燃料电池关键材料的研究进展EI北大核心CSCD

燃料电池是一种非常有前景的新能源体系。燃料电池不使用热力发动机,利用电极和电解质界面发生的化学反应直接将燃料的化学能转换成电能,反应不受卡诺循环限制,因此,具有高的能量转换效率。在燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)在便携式设备、交通运输以及固定装置领域具有重要的应用前景。然而,目前的PEMFC还存在一些问题,主要包括高成本、功率不足、稳定性差等问题,限制了其大规模商业化应用。这些问题的根本原因在于PEMFC中阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料的成本和性能还不能满足PEMFC商业化的要求。要实现PEMFC的大规模应用,需要开发先进的阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料。针对PEMFC对低成本、高性能先进材料的需求,本文综述了阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料的研究进展以及应用面临的问题,并指出了未来的发展方向:加强铂合金催化剂以及金属-氮-碳(M-N-C)化合物催化剂的规模化制备工艺的探索;制备兼具高质子传导率和优异力学性能的质子交换膜;详细研究改性气体扩散层在不同的工况条件下对PEMFC性能的影响;开发具有优良耐蚀性和导电性的涂层或新型金属材料用于双极板。     

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。     

Ensemble model for the degradation prediction of proton exchange membrane fuel cell stacks

Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stacks are widely used in mobile and portable applications due to their clean and efficient model of operation. We propose an ensemble model based on a stacked long short-term memory model that combines three machine-learning models, including long short-term memory with attention mechanism, support vector regression, and random forest regression, to improve the degradation prediction of a PEMFC stack. The prediction intervals can be derived using the dropout technique. The proposed model is compared with some existing models using two PEMFC stacks. The results show that the proposed model outperforms the other models in terms of mean absolute percentage error and root mean square error. Regarding the remaining useful life prediction, the proposed model with the sliding window approach can provide better results.     

面向氢空、无增湿操作条件的高保水性质子交换膜的制备与性能

作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一个重要应用场景,开发满足无人机用的低温质子交换膜燃料电池(Low Temperature-PEMFC)正受到越来越多的关注。无人机所采用的PEMFC操作条件比较特殊,作为原料的H₂、空气均为无加湿的干气。针对这一特殊操作条件,需开发相应的具有保水能力的质子交换膜。为此,首先合成了一种具有高保水性的高分子树脂(PAAAM),将其加入Nafion溶液中混合均匀,利用溶液浇铸法制膜,探索并优化了PAAAM的加入量;随后,对保水复合膜进行了FTIR、SEM、质子传导率、保水性、溶胀率、拉伸强度、热失重性能等表征,并进行电池输出性能测试;最终结果表明:Nafion系质子交换膜在原料为干空气、干H₂的条件下,最适宜的操作温度区间为50~55℃。当PAAAM加入量为1.0wt%时,Nafion基复合膜(NFPAM1)具有更优的电池性能。当电池温度55℃、干燥H₂、空气流量分别为0.1 L·min?1和0.55 L·min?1时,采用NFPAM1复合膜的PEMFC最高功率密度为691 mW·cm?2。      

多孔金属流场双极板研究进展

多孔金属是一种兼具结构与功能的材料,得益于其低密度、高孔隙率、可控渗透性的优点,在许多领域都有广泛应用。本文综述了多孔金属在质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)双极板流场中的研究进展,相较于传统流道流场,高开孔率(>70%)的多孔金属具有相互连通的三维立体结构,可以增加气体分布均匀性、并加强气体传质、增强电子和热的传导及水的排出,从而对电池性能有较大提升。同时探讨多孔金属参数、流场结构设计、服役参数目和多孔材料本身对多孔金属流场在PEMFC应用中的影响。目前阻碍多孔金属在PEMFC应用的最大问题是腐蚀,且多孔金属内部结构复杂对涂层制备工艺提出更大挑战,因此如何有效解决多孔金属在PEMFC两极环境中的腐蚀问题,对推进多孔金属在燃料电池领域中的应用意义重大。     

新型碳材料质子交换膜燃料电池Pt催化剂载体的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转换效率高、功率密度大、室温启动快、噪音低和零污染等特点, 有望减少二氧化碳排放量, 缓解能源危机, 在轨道交通、航空航天等领域具有广阔的应用前景。催化剂是PEMFC的关键材料, Pt催化氧还原反应活性和稳定性好, 是广泛使用且很难被取代的电催化剂。然而Pt储量低、价格昂贵, 导致PEMFC成本较高, 使用Pt载体可减少PEMFC的Pt负载量, 提高Pt利用率。碳材料具有成本低廉、比表面积大、孔结构丰富、电导率和表面性质可调等特性, 是广泛应用的Pt载体。商用的炭黑载体对Pt的利用效率低, 抗电化学腐蚀性较差。为了进一步提高PEMFC的性能和持续性, 需要研发能够均匀负载Pt、高效利用Pt、抗电化学腐蚀性强且导电性好的碳载体, 进而实现PEMFC的大规模应用。炭气凝胶、碳纳米管和石墨烯等新型碳载体具有独特的结构和性质, 可以提高PEMFC性能和寿命, 引起了研究者的广泛关注。本文对近年来PEMFC新型碳材料Pt载体的研究进展进行了较为详细的综述, 并对其发展趋势作出了适当评论。     

质子交换膜燃料电池膜电极的结构优化

膜电极(membrane electrode assembly,MEA)是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的核心部件,为PEMFC提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所。为了实现燃料电池商业化目标,需要制备高功率密度、低Pt载量、耐久性好的MEA。在MEA中除了催化剂以外,各功能层结构、层与层之间的界面都对MEA的性能具有重要影响。传统方法(CCS法和CCM法)制备的MEA在结构上有很多缺陷,明显制约了Pt的利用率和系统传质能力。通过优化各功能层结构消除缺陷,将有利于进一步提升PEMFC综合性能。本文从传统MEA结构存在的问题出发,梳理了近年来关于催化层、质子交换膜和气体扩散层结构优化方面的文献,归纳总结了各先进结构的制备方法、构效关系以及优缺点,对未来高性能、低成本和长寿命的MEA的开发具有指导意义。