PEMFC自增湿技术的研究进展

自增湿技术可以简化质子交换膜燃料电池(PEMFC)的系统,提高比功率,降低成本,促进PEMFC的商业化。从自增湿流场结构、自增湿复合膜、自增湿膜电极(MEA)等方面介绍了自增湿技术的研究现状和发展趋势。     

质子交换膜燃料电池的自增湿研究

通过分析质子交换膜燃料电池中的水迁移方式,提出了燃料电池增湿的必要性,介绍了目前正在研究应用的自增湿技术的研究现状,指出自增湿技术是未来质子交换膜燃料电池增湿技术的发展方向,具有很好的研究前景。     

PEMFC空气膜增湿系统的性能

建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)和膜增湿器一维性能分析模型,模拟了空气流量、压力和温度等条件对PEM FC及膜增湿器性能的影响,模拟结果与实验数据吻合良好.根据模型对PEMFC膜增湿系统的非稳态性能进行了预测.空气进气温度的动态响应特性对膜内水含量梯度的影响显著,对膜内水的扩散系数几乎无影响.     

微孔层对PEMFC自增湿性能的影响

提出了一种微孔层结构模型.制备了具有亲水/疏水复合孔结构的微孔层,并与涂有催化荆的Nafion212膜组装成单体电池进行性能测试.研究表明,制备的微孔层的保水性增加.在无外增湿的情况下与传统微孔层相比,制备的微孔层组装成的单体电池性能较好.在电流密度为400 mA/cm2时,电池的电压提高了约0.1 V,在一定程度上实现了电池的自增湿操作.     

PEMFC膜电极三合一组件的制备方法

对质子交换膜燃料电池的核心部件———膜电极三合一 (MEA )进行了评述。分析结果表明 :目前质子交换膜燃料电池的催化剂利用率最多 30 %左右 ,膜电极三合一组件的结构并未达到最佳设计。需要研制新的电极组份 ,优化膜电极的结构设计 ,开发适于大规模生产的制备技术。     

CCM技术制备PEMFC膜电极组件

分两个发展方向介绍了运用Catalyst Coated Membrane(CCM)技术制备质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件--膜电极组件(MEA)的发展历史和现状,并对CCM制备技术的新发展进行了概括,认为研究更简便、更合理的CCM制作技术和实现MEA制作的机械化与自动化将是未来的发展趋势.     

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。     

阳极封闭式自增湿质子交换膜燃料电池--水分布及其性能

针对阳极封闭式自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC),建立了Nafion固体电解质膜中水传递理论模型,并得出了PEMFC实现自增湿的判据.模拟了Nafion固体电解质膜厚、电池压差、电池温度及电流密度等因素对膜中水分布与电渗系数的影响,并发现了阴阳两极压差、电池温度对膜中水分布的影响随放电电流密度变化的规律.通过非对称式膜电极(MEA)的方法自制了自增湿PEMFC,实现了阳极封闭式自增湿操作,电池性能非常稳定,最高功率密度可达到1.3W/cm2以上.建立的水分布与电性能模型很好地拟合了实验放电曲线,并得到了自增湿PEMFC氧电极动力学参数,模拟出了阴阳两极压差、温度对电性能影响的极化曲线,得到了实验的证实.     

PEMFC膜电极结构优化的中国发明专利技术进展

检索了质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极在中国的发明专利文献,综述了膜电极结构优化包括非对称设计、附加功能层、催化剂涂层膜和有序化等方面的专利技术进展,并对发展前景进行了展望。     

造孔剂对PEMFC膜电极性能的影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极的催化层中加入造孔剂以减小气体反应物的扩散传质阻力。提出了两种新型造孔剂,分别为低分解温度的NH_4HCO_3和高溶解度的(NH_4)_2SO_4。实验结果表明,加入适量的造孔剂NH_4HCO_3,可使膜电极在H2-空气条件下的输出功率获得显著提高;加入适量的造孔剂(NH_4)_2SO_4,可使膜电极大电流工作时的性能得到明显改善。环境扫描电镜(ESEM)的测试结果表明,造孔剂的加入使膜电极催化层的孔结构得到优化,更有利于传质过程的顺利进行和提高催化剂Pt的利用率。     

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。     

质子交换膜燃料电池膜电极铂担载量分析测定

膜电极组件(Membrane electrode assembly,MEA)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部分,其催化层的铂含量与电池的性能和成本密切相关.通过直接处理MEA的方法得到测试样品,然后用三种方法(石墨炉原子吸收光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱和极谱分析法)分别测定其铂含量.通过对比三种方法的测试结果和理论计算值,建立了一种准确、方便的膜电极处理和铂担载量测试方法来分析、评价PEMFC的关键材料--MEA.     

PEMFC膜电极材料退化的研究进展

对质子交换膜燃料电池膜电极材料的退化行为、降解机理和影响因素进行了综述,认为膜的退化主要原因是:高分子的分解导致膜的电导率下降和膜出现小孔对反应原料渗透.催化层的退化,是由C载体的腐蚀和Pt的电迁移所致.     

DMFC用膜电极组件的结构及性能

使用加热喷涂技术代替传统室温喷涂法制备立体化层,将立体化层引入直接甲醇燃料电池(DMFC)用膜电极组件(MEA)的结构中,优化立体化层中的Nafion载量,以增大催化层和质子交换膜之间的结合力,减少缝隙,进而降低电池内阻和物料传质阻抗.交流阻抗谱(EIS)和极化曲线证明:立体化层Nafion离子聚合物的最佳载量为0.6 mg/cm2;立体化处理的MEA较传统MEA的功率密度峰值提高19.46％;加热立体化技术将电池性能在55 ℃下提高到151.2 mW/cm2,机理是在进一步降低电池欧姆阻抗的同时,增大了催化层的活性面积.     

质子交换膜燃料电池亲水电极研究

用质量百分比为40%Pt/C Nafion制备了亲水电极,并与Nafion112质子交换膜热压制备了质子交换膜燃料电池膜电极组件.用恒电流极化和电化学阻抗谱研究了电极组分对性能的影响,同时优化了各组分的含量.在碳纸基体和催化剂层之间引入了C/FEP催化剂支撑层,支撑层碳粉的优化载量为0.8 mg/cm2,FEP的优化质量百分含量为40%.电极催化剂层Pt的适宜载量为(0.40±0.05)mg/cm2,Nafion的优化质量百分含量为30%.     

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.     

PEM燃料电池膜电极制备方法研究进展

膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件,不仅对PEMFC的性能有很大的影响,而且对降低其生产成本、加快其商业化进程具有很重要的现实意义。在简述MEA结构的基础上,根据MEA制备过程中催化剂负载方式的不同,详细介绍了目前已有的MEA制备方法;并且对MEA制备方法的发展趋势进行了展望,认为化学沉积法、电化学沉积法、物理溅射沉积法应该是目前发展的重点,同时开发适合大规模生产的制备技术非常重要。