燃料电池用氢气的制备工艺探讨

氢燃料电池对氢气的纯度要求极高。目前工业制氢的主要方式有化石原料制氢、工业副产气制氢和电解水制氢等,本文对这些制氢工艺的原理、产品纯度及产生的杂质进行讨论,以期找出切实可行的制氢技术,为氢燃料电池提供充足的燃料来源。     

质子交换膜燃料电池用氢质量标准的发展历程和现状

氢气中杂质种类和含量水平对加氢站关键设备、氢燃料电池汽车供氢系统、燃料电池核心部件的性能和寿命有着重要的影响。国际标准化组织（ISO）以及各国标准化机构依据技术发展趋势和产业化进程特点,研制构建了系统完备、指标要求合理的燃料电池用氢质量标准体系,在氢能和燃料电池汽车技术发展中起到了基础支撑作用。本文回顾了质子交换膜燃料电池用氢质量标准的发展历程,对比分析了国内外标准的差异,认为我国质子交换膜燃料电池用氢的质量标准对杂质组分的限值要求与国际先进标准是一致的,我国产业界应充分重视标准的实施应用,积累更多的试验数据,为主导或参与国际标准制修订工作奠定基础。     

燃料电池氢中甲醛、甲酸、氨气气相色谱分析方法

本研究采用带有脉冲放电氦离子检测器的气相色谱仪,并结合阀切割技术,分别利用N柱、氨柱、FFAP毛细柱分析氢气中甲醛、氨气及甲酸杂质,建立了一种高纯氢中甲醛、甲酸及氨气杂质的气相色谱快速检测方法。结果表明,该分析方法具有较好的重复性。此法可应用于燃料电池氢气中所要求的几种对燃料电池性能有重大影响的杂质的快速检测。     

氢气中杂质对车用燃料电池性能影响的研究进展

车用质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs）的耐久性是制约氢能在交通领域商业化应用的关键因素之一。阳极燃料气中含有的微量H₂S、CO和NH₃等杂质是影响PEMFCs耐久性的最主要因素之一。本文综述了PEMFCs阳极氢气中存在的三种关键杂质,即H₂S、CO和NH₃对PEMFCs阳极性能影响的研究进展,包括杂质毒化机制、动力学、燃料电池操作条件影响以及缓解策略,讨论了氢气杂质容限值规定的理论和实验基础。最后,指出了目前氢气杂质对车用PEMFCs影响研究存在的技术问题及未来发展方向,重点指出了根据我国PEMFCs技术发展水平精准推定满足我国车用燃料电池耐久性的氢气杂质容限值的必要性和紧迫性,从而为优化和完善我国车用燃料电池用氢质量标准提供基础数据,促进车用燃料电池寿命的提升。     

质子交换膜燃料电池用氢气痕量杂质分析方法综述

焦炉气副产气制氢等工艺所产工业氢气含有卤化物、烃类、CO、CO_2、甲醛、甲酸、硫化物等杂质气,不能满足质量交换膜燃料电池(PEMFC)用氢质量要求;介绍了对纯化后氢气中的痕量有害杂质是否降低到满足国际标准化组织(ISO)和美国汽车工程师学会(SAE)针对PEMFC制定的标准需要使用的一系列分析方法,如气相色谱、质谱仪、红外色谱、离子色谱、液体色谱等,比较了这些分析方法的优缺点。     

液氮浓缩富集气相色谱脉冲氦离子化检测器测定燃料氢中甲醛

氢燃料电池汽车因其零排放、续航里程高、环境适应性强等优势,一直被视为未来新能源汽车发展的主要方向。氢中甲醛对燃料电池有毒害作用,影响着燃料电池性能和使用寿命。高纯氢气稀释甲醛模拟燃料氢中甲醛检出限测定,以液氮容量为主要影响因素研究液氮浓缩富集测定甲醛检出限为3×10^-9,RSD为2.7%,结果远超于GB/T 37244—2018中规定的甲醛检出限。满足相关检测规范要求,进一步优化了氢中甲醛测定方法。     

增强等离子色谱法分析氢中硫化物的研究

氢气中的微量杂质严重影响燃料电池的使用性能，尤其是硫化物会不可逆地吸附在电极表面并导致燃料电池性能永久性降低。开展高灵敏度的增强等离子气相色谱先进技术，以此建立不采用预浓缩直接进样，快速、准确、有效分析氢中形态硫和总硫的方法。通过重复性和线性的测定，验证了该方法准确度和精密度都较高，能够准确测定氢中硫化物的含量。对硫化氢的检出限为3.34 ppb,相对标准偏差RSD≤2%,满足检测要求。     

加氢母站工艺介绍及运行期间存在问题解决方案

目前,国内氢气制备的主要途径为化石燃料制氢、电解水制氢及工业副产氢,因工业副产氢资源广泛且价格较低,是生产燃料电池用氢、高纯氢气、超纯氢气等工业用氢的主要途径。本文介绍了天津新氢能源发展有限公司以临港园区内丙烷脱氢尾气为制氢原料,采用较为先进的快周期变压吸附（rPSA）技术生产车用燃料电池氢、高纯氢、超纯氢及电子工业用氢的应用情况。通过介绍天津新氢能源加氢母站工艺流程,分析氢气生产、压缩及充装操作过程中潜在的风险,并提出相应的解决方案。     

液体有机氢载体脱氢反应催化剂的研究进展

液体有机氢载体(LOHC)脱氢反应是LOHC储氢过程的关键反应。为氢燃料电池汽车供氢,不仅要求在常压下能以较低的温度完成氢气的释放,而且还需满足氢燃料电池对供氢速度的需求,LOHC脱氢催化剂是实现该过程的关键。综述了近年来LOHC催化脱氢反应催化剂的研究进展,为今后的研究工作提供依据。     

火电厂扩建工程供氢系统的优化设计

在河南某火力发电厂扩建工程中,对整个供氢系统进行了深入分析。根据节约投资、减少运行费用的要求,结合目前国内火力发电厂常用的氢气供应系统和电厂原有供氢系统,并考虑当地氢气气源状况、用户对氢气纯度、杂质含量及压力的要求等,通过技术、经济比较,为全厂选用了技术可靠、经济合理的氢气供应系统。     

Hydrogen Automobile Heads Toward Series Production HydroGen3 Puts Fuel Cells on the Road

General Motor's concept vehicle HydroGen3, based on the Opel Zafira production model, represents the third generation of fuel cell concept vehicles. Groundbreaking new technical and engineering improvements have been reached, e.g. the integration of the latest generation of fuel cell stacks. The fleet demonstrations will start this year. Given the current stage of development at GM/Opel, hydrogen‐powered automobiles could be mass‐produced in about eight years. An efficient fuel cell technology suitable for everyday use is the essential pre‐condition for the development of an alternative propulsion system, which would replace the classic crude oil‐based fuels for the vehicles of the future. However, this technology alone is not sufficient to establish fuel cell automobiles as viable substitutes for conventional vehicles with gasoline and diesel engines. Factors such as purchase price, safety, engine performance and driving dynamics also play a decisive role for the customer. General Motors (GM) has therefore invested more than one billion dollars to develop an automobile incorporating state‐of‐the‐art fuel cell technology with vehicle characteristics suited to the marketplace. The hydrogen concept vehicle HydroGen3 (Figure 1) marks the newest and most comprehensive advance made by GM/Opel on the road to fuel cell vehicle market readiness. Test drives conducted by an international group of expert journalists at the Grand‐Prix course in Monte Carlo in December 2002 confirmed that the HydroGen3 has brought mass production of hydrogen‐fuelled automobiles within reach.     

航煤液相加氢产品腐蚀性因素分析及对策

航煤产品铜片腐蚀主要与某些活性硫化物和有机酸相关,这些活性硫化物主要包括元素硫、硫化氢、硫氢化铵、硫醇、硫的氧化物、磺酸和酸性磺酸酯等.另外,航煤产品中存在其他杂质,如碱性物质、氯化物等也能对铜片产生腐蚀.加氢精制后航煤原料中有机酸、硫醇和碱性物等基本脱除,但由于航煤原料中含有微量氮,加氢后能与硫、氯生成硫氢化铵和氯化...     

Comparing Anode Gas Recirculation with Hydrogen Purge and Bleed in a Novel PEMFC Laboratory Test Cell Configuration

In automotive‐type polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) systems, impurities and inert gases accumulate in the anode gas recirculation loop. Therefore, the impurity limits, dictated by the current hydrogen fuel specification (ISO 14687‐2:2012), also require quantification with representative fuel cell test systems applying anode gas recirculation, that enables high fuel utilization rates and accumulation of impurities.We report a novel PEMFC laboratory test cell configuration mimicking automotive conditions. This setup enabled comparison of two operation modes, hydrogen bleed and purge, within 84.4%–98.6% fuel utilizations. The results indicate that similar enrichment dynamics apply to both bleed and purge modes.The configuration employed a membrane dryer to circumvent the 60 °C limit of commercially available recirculation pumps. The membrane dryer allows heat and humidity extraction from the anode exit gas stream, enabling the adoption of conventional recirculation pumps, minimizing water condensation, and making sampling with on‐line gas analysis instruments easier. The results show that anode gas recirculation systems with hydrogen bleed can be implemented in conventional test stations by resorting to commercially available recirculation pumps. This enables realistic and cost‐effective determination of impurity effects for fuel cell system development and new hydrogen fuel standards.     

质子交换膜燃料电池系统低温启动技术研究进展

质子交换膜燃料电池电动汽车具有绿色环保、续航里程长等优点,但在温度较低的环境下存在启动困难甚至失败的问题,这一问题严重制约了质子交换膜燃料电池电动汽车的发展。研究调查了质子交换膜内部结冰的原理,简述了0℃以下低温环境下启动过程对质子交换膜本身、催化层、气体扩散层以及膜电极整体带来不同程度的损伤,重点分析了质子交换膜燃料电池电动汽车低温启动的策略,可大致分为三类：停机吹扫的控制策略、外部辅助加热和无辅助加热。分析表明每种方法都有其各自的优点与缺点,但总的来说单一的启动方法对质子交换膜燃料电池电动汽车低温启动的效果不如多种方法混合使用的效果理想,未来燃料电池电动汽车的低温启动技术将会朝着多种方法共同协助的趋势发展。     

精对苯二甲酸产品和方法标准的研究进展

精对苯二甲酸（PTA）是一种重要的化工原料,主要用于生产聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）及后续产品,如纤维、瓶片、薄膜以及工程塑料,其质量品质和标准对下游聚酯产品稳定生产和性能具有重要影响,受到行业越来越多的关注。本文概述了国内工业用PTA技术标准的发展历程,介绍了PTA行业标准的现状、主要技术内容以及存在的问题,重点解析了PTA国家标准包括1项产品标准、7项配套方法标准的研究背景,与行业标准相比所作的重要技术调整和技术水平的提升;介绍了PTA国际标准化研究的进展,特别是近年来由中国石化主导制定的7项PTA系列ASTM标准取得的突破性成果;在此基础上,对未来PTA标准技术的研究进行了思考,提出了加强微量杂质控制、关注影响高端聚酯产品质量控制指标等建议。     

轻质高压储氢容器

氢的储运是氢能发展的关键技术之一。轻质高压储氢是一种切实可行的氢能储运方法。结合纤维缠绕气瓶和高压储氢容器的国内外最新研究进展,介绍了轻质高压储氢容器的结构、设计方法和有待深入研究的若干问题。     

以生物质为原料的未来绿色氢能

目前开发氢能技术已具备了推广应用的基本条件,而发展生物质为原料的绿色氢能将有助于解决氢气来源绿色化与氢气储运成本两大问题。本文首先从解决氢能源发展制约因素、实现碳中和目标、加速生物质资源化能源化利用的角度阐述了发展生物质绿色氢能的意义。接着,从氢能产业的政策环境和技术成熟度分析出发,对我国氢能源的制取和储运技术发展现状及存在的问题进行了分析,比较高压、液氢和含氢化合物作为氢载体储运的几种方式,提出以生物质作为氢载体储运具有的突出优势。最后,探讨了生物质氢载体未来的发展方向,对氢生产和储运的多条技术路径成本和产业化前景进行了初步技术经济分析,指出以生物质为原料生产的甲烷、甲醇和乙醇有望成为最先实现产业化的储氢载体,在未来将有可能成为实现氢燃料电池“绿色化”的一种经济可行的方式。     

It's time for an update—A perspective on fuel cell electrodes

Hydrogen fuel cell technology is gaining significant attention as a promising alternative for decarbonizing automotive vehicles. At the heart of hydrogen fuel cell technology is the electrode, composed of catalysts, supports, binders, and pores, which facilitates the half-cell reactions and often governs the efficiency of fuel cells. Over the last decade, scientists have made great strides in discovering catalyst, support, and binder materials featuring unique nanostructures and compositions that significantly enhance the efficiency of those devices. While innovations must continue, we must not overlook how these materials are put together to form an electrode and how it impacts the overall efficiency. This perspective article discusses the urgent need for developing alternative electrodes for designing next generation hydrogen fuel cells.