质子交换膜水电解制氢技术现状与展望

介绍了氢气来源以及不同水电解制氢技术发展现状,聚焦质子交换膜水电解面临的膜材料、催化剂等技术瓶颈及发展态势,梳理分析了国内外质子交换膜水电解制氢技术应用新方向.     

储能用质子交换膜电解池的发展现状

简要介绍了电解技术的发展以及质子交换膜电解池的工作原理,总结了国内外质子交换膜电解池的研究现状及其在储能领域的应用,展望了其发展前景。     

硼氢化钠制氢技术在质子交换膜燃料电池中的研究进展

硼氢化钠储氢量高达10.6%,安全、无爆炸危险,携带和运输方便;供氢系统设备简单,启动速度快,产氢速度可调,因此是一个非常良好的氢载体,是为质子交换膜燃料电池供氢的理想储氢介质。硼氢化钠供氢系统也已逐步应用于质子交换膜燃料电池电源中。介绍了这种制氢方式的几项关键技术：硼氢化钠水解制氢催化剂、硼氢化钠制氢反应器、氢气净化系统等在质子交换膜燃料电池中的研究进展,并指出了今后的研究发展方向。     

固定式质子交换膜燃料电池的天然气重整制氢

介绍了固定式质子交换膜燃料电池用氢气的各种天然气重整方法,其中包括水蒸气重整法、自热重整法和化学闭合燃烧法。同时简述了氢气进一步纯化的水煤气变换反应、选择氧化、变压吸附和气体膜分离脱一氧化碳的方法。通过上述重整和提纯的处理,最终能制备出满足固定式质子交换膜燃料电池要求的氢气。     

质子交换膜水电解制氢膜电极研究进展

质子交换膜水电解（PEMWE）制氢具有可适用于风能太阳能等可再生能源的间歇性和波动性、能量转换效率高、启动快速、占地小等优点,成为目前绿氢制取重点关注的技术。膜电极作为水电解制氢关键核心部件,对于水电解制氢的性能、效率和寿命至关重要,并随着量产规模的扩大在系统成本中的占比越来越高。发展高性能、低成本和高耐久性的膜电极对于绿氢的低成本大规模制取具有重要意义。本文综述了近年来质子交换膜电解水制氢膜电极中质子交换膜、催化层、多孔传输层等关键材料部件以及膜电极制备技术的研究进展和成果,并进行了简要评述。从膜电极设计和开发的角度系统地梳理了如何提高电解制氢性能、降低水电解制氢膜电极成本等方面的进展。最后,就未来膜电极研发的方向提出了建议。     

碱性膜电解水制氢技术现状与展望

开发清洁高效的可再生能源是未来能源转型的必然趋势。氢能作为一种绿色无污染的能源载体,可通过电解水技术实现氢能与电能的高效转化,有望作为风力、光伏发电的重要调节手段。碱性膜电解水制氢能够提高电流密度,增加能量转化效率,优于碱性水溶液电解水制氢;与此同时,可采用铁、镍等非贵金属制备催化剂,克服质子交换膜电解水制氢使用贵金属催化剂带来的设备昂贵、资源受限问题。本文综述了碱性膜电解制氢技术发展现状,重点围绕自支撑催化电极、耐碱腐蚀离子膜、有序结构膜电极开展讨论,包括催化剂制备策略,耐碱离子膜发展现状,以及有序化膜电极的应用优势,阐释电化学工程中的传质与反应耦合原理。本文为进一步研究开发高性能电化学关键材料提供了指导思路,推动电解水制氢技术的发展。     

质子交换膜燃料电池关键技术研究进展

简述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作原理及特点;综述了PEMFC关键技术的最新研究进展,包括质子交换膜合成、电催化剂制备、膜电极工艺及水管理和热控制;并简介了我国PEMFC的开发情况。     

质子交换膜燃料电池的发展现状

简要叙述了质子交换膜燃料电池的发展历史,介绍了高效、新型电催化剂、新型质子交换膜、新型双极板与流场的研究、应用、开发等关键技术,并对质子交换膜燃料电池的发展前景进行了展望。     

制氢技术发展概况

氢能是一种新型的洁净能源，是新能源研究中的热点，氢源则是氢能应用的关键，在介绍实验室制氢原理的基础上，系统地论述了目前国内外各种工业制氢方法，指出了制氢技术的研究热点和发展方向，并对适用于PEMFC备用电站的制氢技术进行了讨论。     

氢燃料电池质子交换膜研究现状及展望

使用氢燃料电池能够有效解决汽车的碳排放问题,而质子交换膜是其中最为核心的原材料之一.目前氢燃料电池质子交换膜的研究主要集中在降低成本、提升寿命、改善环境耐受性等方面,重点关注膜的机械强度、质子电导率、热稳定性和化学稳定性等核心性能指标.基于氢燃料电池质子交换膜现有基础研究和产业化研究现状,从聚合物基体的选择及改性方式、...     

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。     

质子交换膜水电解一体化析氧电极载体催化剂

以氯铱酸为前体,钛网为支撑体,二氧化钛为载体,采用浸渍-热分解法首次成功制备了一体化IrO₂-TiO₂/Ti析氧电极,进一步采用热压法制备膜电极(MEA)。综合扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)以及单池极化曲线测试,研究了载体对于析氧电极形貌以及性能的影响。结果表明:未加入载体二氧化钛的析氧电极表面以裂缝为主,孔隙率较低;而加入载体二氧化钛的析氧电极表面裂纹基本消失,取而代之的是大量的催化剂簇以及孔结构的生成,极大地提高了析氧电极的电催化活性。单池测试表明,电流密度为1000mA/cm²时,添加载体二氧化钛后制备的析氧电极的析氧电位大约是1.70V。     

质子交换膜燃料电池有序化膜电极研究进展

质子交换膜燃料电池的发展和应用是促进现代生活方式低碳环保化的最重要路径之一。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件,实现膜电极结构的有序化是同时满足低铂载量和高电化学性能要求的关键。本文系统总结和分析了最近有关有序化膜电极的相关研究进展。与发展较为缓慢的质子导体有序化相比,以催化剂有序化和催化剂载体有序化为路径实现的有序化膜电极结构优化已经得到快速发展,对于促进质子交换膜燃料电池规模化应用表现出极大的发展潜力。     

中压氢-氧质子交换膜燃料电池的运行特性

通过设计阴极流道宽度为1 mm与2 mm的单电池,研究了不同温度下闭口中压氢-氧质子交换膜燃料电池的运行特性。结果表明：(1)2 mm的电池有较好的闭口稳定运行特性,在800 mA·cm-2下,1 mm的电池闭口运行时,大约经过3 min,电压从0.7 V下降到0.5V,而2 mm的流场结构能实现电池53 min的运行;(2)电池性能随温度的升高而下降,相对于65℃运行,温度为80℃时,1mm的电池闭口运行时,大约经过1.7 min,电压从0.69 V下降到0.5 V,此时为维持电池的高性能运行,氧气侧所需的排放时间越短;(3)电池的内阻随温度的升高而增大,高温时增幅较小。     

质子交换膜燃料电池研究进展

由于质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有能量转化效率高、寿命长、比功率和比能量高、以及对环境友好等优点,近年来得到迅速发展.笔者综述了PEMFC的特点,分析了PEMFC在国内外的最新研究进展,介绍了PEMFC的应用前景,并指出了PEMFC研究当前需要解决的技术问题及其发展趋势.     

质子交换膜燃料电池膜中气态水管理模型

分析质子交换膜燃料电池的膜水含量与运行参数的关系,从工程方法的角度建立水传输模型.模型分析得到,要提高膜的水合程度,需要通过增湿反应气体.过高的增湿反应气体又会引起阴极扩散层水的泛滥,需通过调节反应气体流量来缓解水的泛滥.为保证膜的高水合程度和低的阴极扩散层水的泛滥,建立了膜水含量的神经网络控制模型,为电池水管理奠定了基础.     

碳达峰与碳中和目标下PEM电解水制氢研究进展

氢能作为重要的能源载体,燃烧过程绿色无污染,能够助力碳达峰和碳中和目标实现。本文通过对比化石能源制氢、工业副产气制氢、电解水制氢等方式,分析各制氢方式的优缺点,阐述了质子交换膜（PEM）电解水制氢与可再生能源结合的重要意义。之后从PEM电解槽内部结构和可再生能源电解水制氢两个方面展开综述,详细介绍了PEM电解槽双极板、催化剂、扩散层、质子交换膜研究进展、存在的主要问题和未来发展方向。文中通过分析我国太阳能、风能分布特征,总结可再生能源利用存在的问题,从研究现状和产业发展的角度介绍了太阳能制氢、风电制氢、可再生能源多能互补制氢的发展。最后对可再生能源PEM电解水制氢的未来发展方向进行了展望,期望为可再生能源PEM电解水制氢的发展提供借鉴和参考。     

Synthesis and characterization of new sulfonated copolytriazoles and their proton exchange membrane properties

This work reports the synthesis and characterization of a series of new sulfonated copolytriazoles. The polymers were prepared by CuI catalyzed 1,3-cycloaddition reaction of an equimolar amount of a dialkyne monomer, 1,3-diethynylbenzene and a mixture of two diazide monomers, namely, 4,4′-diazidodiphenyl ether and 4,4′-diazido-2,2′-stilbenedisulfonic acid disodium salt. The copolymers showed high inherent viscosity indicating the formation of high molar mass product. The copolymers were characterized by Fourier transform infrared and proton nuclear magnetic resonance spectroscopic techniques. The copolymer membranes displayed moderate water uptake, high dimensional, mechanical, and thermal stability. Transmission electron microscopy micrographs displayed excellent phase-separated morphology along with very fine ionic clusters. The copolymer PTEOSH-90 (90% degree of sulfonation) showed much higher proton conductivity value which is up to 196 mS cm⁻¹ at 80 °C in completely hydrated condition compared to that of Nafion (165 mS cm⁻¹). © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2020 , 137, 48514.