二氧化硅掺杂增强型全氟磺酸质子交换膜研究

在全氟磺酸质子交换膜中掺杂二氧化硅被认为是提高膜保水性的行之有效的方法。通过溶胶-凝胶法制备SiO₂溶胶,并将其掺入全氟磺酸树脂溶液中,以膨体聚四氟乙烯(ePTFE)多孔膜作为增强层,采用涂布法制得具有不同SiO₂掺杂量的增强型全氟磺酸质子交换膜。通过扫描电镜观察及元素能谱分析,确认SiO₂在膜中分散均匀,成膜效果良好。经实验研究表明,最佳SiO₂掺杂量为1%。该膜相较未掺杂SiO₂的全氟磺酸质子交换膜,具有更高的机械性能和质子电导率,所装配的单电池输出性能也有明显提高,在100%和50%相对湿度下,峰值功率密度分别达到了460和246 mW/cm²,相比未掺杂SiO₂膜,分别提升了7.5%和16.0%。     

燃料电池质子交换膜研究现状与展望

质子交换膜燃料电池是目前研究的热点之一,研究方向包括提高燃料电池效率、减少成本、提高耐久性等。作为质子交换膜燃料电池的核心部件,质子交换膜性能的好坏直接影响燃料电池的性能与寿命。文中首先概述了燃料电池质子交换膜的工作原理。随后,总结了燃料电池质子交换膜的分类,主要分为全氟磺酸质子交换膜、部分氟化聚合物质子交换膜、复合质子交换膜以及非氟化聚合物质子交换膜四大类,同时还简述了质子交换膜的制备工艺。最后,介绍了燃料电池质子交换膜的优化方案,主要包括有机/无机纳米复合质子交换膜、改进质子交换膜的骨架材料、调整质子交换膜的内部结构、机械增强型质子交换膜以及自增湿型质子交换膜。     

硅溶胶复合全氟磺酸自保湿膜的研究

采用液相纳米硅溶胶与全氟磺酸树脂(PFSI)/二甲基甲酰胺(DMF)溶液以流延成膜法,制备了各组分分布均匀的Silica/PFSI复合质子交换膜.采用热重法(TG)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、交流阻抗等实验技术对膜的结构和电化学性能进行了研究,并组装了膜电极,测试了单电池在不同温度下的恒电压放电性能.结果表明,纳米Silica/PFSI复合膜具有良好的保水功效,其最快失水温度随SiO2含量的增加而增大.在无外增湿条件下,SiO2质量百分比含量为15%的Silica/PFSI复合膜电极较Nafion(R)112膜电极在70℃时展示了更为稳定的恒压工作性能.     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

质子交换膜是氢燃料电池中的关键部件之一,然而它的性能却不能完全满足人们的需求,因此对质子交换膜的改性研究一直在拓展、深入。介绍了不同种类的质子交换膜,即全氟磺酸、部分氟化、无氟、复合质子交换膜的研究情况,综述了质子交换膜材料的改性方法以及高温、阻醇型质子交换膜的研究进展,指出了当前研究的特点和问题,提出了今后质子交换膜研究的发展方向。     

Nafion-原位合成TiO2纳米颗粒聚电解质膜的研究

无机纳米颗粒掺杂的全氟磺酸树脂膜,因其较强的保水能力和较好的热稳定性而成为中高温质子交换膜研究的一个重要方向.采用溶胶凝胶法原位水解制得TiO<,2>纳米颗粒,分析了TiO<,2>纳米颗粒在Nafion/TiO<,2>复合膜中的分散状态以及掺杂物对膜的微观结构的影响,研究了复合膜的热稳定性和高温稳定性,并考察了其不同温湿度条件下质子传导性能.结果表明,TiO<,2>纳米颗粒粒径大小在4 nm左右,且在膜内分散均匀;采用正电子湮没技术观察到了掺杂的TiO<,2>纳米颗粒增加了膜内的自由体积.在100℃、低相对湿度条件下.Nafion/TiO<,2>复合膜与均质膜相比,质子传导率有较大的提高,说明Nafion/TiO<,2>复合膜有应用于高温PEMFC膜材料的潜力.     

直接涂膜技术用于质子交换膜燃料电池膜电极制备

A new membrane electrolyte assembly (MEA) preparation method for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) was developed by applying the directly printing catalyst on membrane technique. This method was simple and easy to be controlled as verified by repetition experiment. When the membrane with catalyst prepared by the new technique and the electrode with diffusion layer was only sandwiched but not hot pressed, this kind of MEA was called not-hot-press MEA (NPMEA) and its fuel cell performance was better than that of MEA which was hot pressed (HPMEA). The effects of 6 different kinds of solvents in catalyst mixture ink on the performance of fuel cell were assessed. It was discovered that iso-propanol was the best solvent in catalyst mixture ink and showed the best performance of fuel cell. Finally several MEAs prepared by different ways were tested on fuel cell station and it was reported that the performance of MEA prepared by the directly printing catalyst on membrane technique was the best in the whole voltage region.     

质子交换膜燃料电池的开发和应用

简述了质子交换膜燃料电池的发展历史、工作原理、商业应用进展和与其它燃料电池性能的对比。质子交换膜燃料电池是最具商业前景的电动车电源,目前急需解决成本高和车载燃料和贮氢等技术问题。近10年内,该电池有望取得实质性进展。     

改性聚苯乙烯磺酸质子交换膜材料的制备及机理

为了将价廉易得的聚苯乙烯磺酸类材料重新用作先进燃料电池的质子交换膜,以便大大地降低质子交换膜燃料电池的成本,文章采用模型化合物、C13核磁共振谱、饱和铁氰化钾溶液等进行化学稳定性实验,做成实验电池进行恒电流充放电循环,以及以铂黑(Pt)为电催化剂制备膜电极组件并组装单体电池进行测试等方法对含叔碳氢原子的聚苯乙烯磺酸聚合物与不含叔碳氢原子的聚a-甲基苯乙烯磺酸聚合物进行了对比研究。研究结果表明,对比经老化处理前后的模型化合物对异丙基苯磺酸与对叔丁基苯磺酸的C13核磁共振图谱,前者在羧基与酯基的特征区(169×10-6～180 ×10-6)、羟基碳或醚基碳的特征区(50×10-6～80×10-6)及直链碳的特征区(15×10-6～35×10-6)都有强吸收峰,而后者却仅在170 ×10-6处有弱吸收峰;聚苯乙烯磺酸膜浸泡在饱和铁氰化钾溶液8天后的质量损失高达20%,而聚a-甲基苯乙烯磺酸膜的质量损失仅为7.0%左右;以聚苯乙烯磺酸膜为隔膜的实验电池经过恒电流充放电循环120次后的电池容量不到初始容量的50%,电池已失效,而以聚a-甲基苯乙烯磺酸膜为隔膜的实验电池在经过120次恒电流充放电循环后的电池容量为初始容量的84%,且经过300次循环后的容量仍维持在初始容量的70%以上;以铂黑(Pt)为电催化剂,聚a-甲基苯乙烯磺酸膜     

质子交换膜燃料电池发展现状

介绍了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的结构、组成和工作原理,叙述了不同质子交换膜的来源特点及导电性与膜参数的关系;对不同电极和电极催化剂性能作了评述;综述了目前几种氢的来源、优缺点及质子交换膜燃料电池有关问题的发展动向和前景。     

质子交换膜燃料电池的研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池的核心组成与工作原理，对燃料电池的膜材料和电催化剂、膜电极技术的发展现状以及对膜电极的制作工艺和结构优化进行了评述和分析，指出了目前质子交换膜燃料电池研究存在的问题及发展趋势。     

燃料电池用高温质子交换膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池由于有望克服散热效率低、环境适应性差（CO耐受性）等技术障碍,成为当今燃料电池发展的主要方向。然而,高温PEMFCs面临的技术挑战之一就是选择能够在高温下运行的质子交换膜材料。结合最近的文献报道,综述了高温质子交换膜的研究现状,分析了高温质子交换膜的发展前景。     

Nafion膜厚度对质子交换膜燃料电池性能的影响

采用不同厚度Nafion膜 (Nafion 117,115 ,1135 ,112和 10 1)组装质子交换膜燃料电池 (PEMFC) ,通过测试电池极化曲线 (U/I) ,研究Nafion膜厚度对PEMFC工作性能、氧气还原反应的电极动力学参数和电池内阻的影响 ,通过线性回归分析不同厚度Nafion膜组装PEMFC的内阻计算了Nafion膜材料的电导率。实验结果表明 :( 1)降低电解质膜的厚度将会降低电池的内阻 ,从而有利于提高PEMFC的工作性能 ;( 2 )随着膜厚度的降低 ,U0 值有降低的趋势 ,Tafel斜率b值变化不明显 ;( 3)厚膜组装电池的极化曲线在低电流密度时就偏离了线性 ,其主要原因是质子传质极化引起的 ;( 4 ) 80℃时Nafion膜材料的电导率约为 0 .0 77Ω-1·cm-1。     

燃料电池用质子交换膜的研究现状

综述了国内外燃料电池用质子交换膜的研究现状和性能水平,结合PEMFC在实际应用中所遇到的关键问题,讨论了各种材料和结构对膜性能的影响.通过对有关资料的分析,对质子交换膜的发展方向提出了看法.     

直接甲醇燃料电池质子交换膜改性研究

直接甲醇燃料电池通常使用美国杜邦公司生产的Nafion膜作固体电解质膜,但甲醇易于通过Nafion膜向阴极渗透。解决这一问题是直接甲醇燃料电池研究领域中的热门课题。简单介绍了Nafion膜的结构及其优缺点,然后对目前各种基于Nafion膜的改性研究和新型质子交换膜的制备与性能研究现状进行了综述。     

可逆质子交换膜燃料电池研究进展

可逆质子交换膜燃料电池(RPEMFC)是一种在同一装置上实现水电解(充电)和燃料电池发电(放电)两种功能的储能电池。随着PEMFC技术的迅速发展,RPEMFC开始引起人们更多关注。介绍了它的工作原理,对电催化、膜电极(MEA)制作、电池性能以及应用等方面的研究进展进行评述。双效氧电极(氧还原和氧气析出)是RPEMFC的技术关键,但其电催化剂的双效高活性功能以及稳定性还没有得到很好解决。由于它的理论比能量高(可达3 600 Wh/kg),可靠性好,并且寿命长,因此RPEMFC在许多蓄电池的应用领域,特别是对质量有严格限制的场合(如航天飞机和太阳能飞机等),将得到广泛应用。     

质子交换膜燃料电池的建模与控制

针对目前PEMFC数学模型复杂难解和不能用于实际控制的弊端,综述了PEMFC系统建模,说明了PEMFC建模的发展趋势;分析了PEMFC控制的特点和发展趋势,从实时控制的工程角度出发,提出了PEMFC系统控制的新方案。     

质子交换膜燃料电池用 Nafion/SiO2复合膜

采用溶胶-凝胶法以TEOS(正硅酸乙酯)和商业化的Nafion115膜为原料制备了Nafion115/SiO2复合膜。在Nafion膜的酸性介质中,TEOS水解聚合得到SiO2以及含有羟基和乙氧基的硅烷混合物,从而形成Nafion115/SiO2复合膜。将Nafion115/SiO2复合膜与电极组装成MEA,在110℃和130℃的电池温度下评价电池性能。在电池温度为130℃、操作压力为0.25MPa、电池电压为0.7V时,使用Nafion115/SiO2复合膜得到的电流密度是使用Nafion115膜电流密度的1.9倍。     

质子交换膜燃料电池热管理研究

论述了质子交换膜燃料电池的热管理对电池性能的影响及其重要性,指出了质子交换膜燃料电池热管理的设计要求,分析比较了目前燃料电池几种常用的冷却方式,介绍了燃料电池考虑温度的CFD模型及温度仿真控制模型.     

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.