成型压力条件对钛网基膜电极组件性能的影响

为了获得合适的钛网基膜电极组件(MEA)的成型压力条件,以钛网作为电极支撑体材料,采用滴涂的方法制备了钛网基MEA阳极和阴极,并在135℃下,采用0、2.5、5、7.5和10 MPa的成型压力分别热压了5组钛网基MEA。对MEA的微观形貌观察、厚度测量和单电池极化性能研究,结果表明:随着成型压力逐渐增大,钛网基MEA成型厚度逐渐变薄,功率密度峰值先逐渐增大,5 MPa时达到最大值,后逐渐减小。得出5 MPa的成型压力比较合适于钛网基MEA的压制。     

V形截面DMFC的设计、制作及测试

为了克服目前管状结构直接甲醇燃料电池(DMFC)成型困难的问题,提出了一种新型结构的膜电极组件(MEA)——V形截面MEA(V-MEA)。确定了V-MEA的结构参数,V-MEA具体由阳极钛网、阳极催化剂层、Nafion膜、阴极催化剂层、阴极扩散层和阴极钛网六层组成。完成了V形截面DMFC(V-DMFC)结构的设计,V-DMFC由底座、V-MEA、密封元件、燃料舱箱体、盖板和塞子等组成。使用自己设计和加工的模具制备了V-MEA,与自己设计和加工的壳体一起组装了V-DMFC样机,并研究了其性能,以1 mol/L甲醇+0.5 mol/L硫酸作为阳极电解液,在高温通入0.1 MPa的100 m L/min氧气条件下,V-DMFC样机最高比功率达到9.50 m W/cm2。     

运行参数对单体直接甲醇燃料电池性能的影响

分别在不同温度、不同燃料浓度、不同燃料进料速度下测试了单体直接甲醇燃料电池的极化曲线、功率密度曲线以及阴、阳极的极化曲线.结果表明:随着电池操作温度升高电池性能逐渐提高,阳极极化过电位明显减小;但甲醇的渗透速率也同时增大,在阴极产生混合电位,增大了阴极极化;随着进料浓度升高,阳极出现浓差极化的电流密度增大,甲醇渗透速率增加,阴极电化学极化过电位增大;在电池运行温度、阳极燃料浓度一定情况下,进料速度对电池性能影响相对较小;在所研究的电池运行参数范围内,电池温度为60℃、阳极燃料浓度为1.0 mol/L、进料速度为2.5 mL/min时电池的性能最佳,最大功率密度为61.7 mW/cm2.     

直接甲醇燃料电池性能研究

以自制的PtRuMo/C和Pt/C分别为阳极、阴极催化剂制备了膜电极,考察了单电池在常压下的性能,分析了影响电池性能的因素。研究结果显示以氧气为氧化剂在常压、室温工作,50mA/cm~2时,稳定输出电压0.237V;以空气为氧化剂时,在常压、室温工作,输出电流密度40mA/cm~2时稳定的输出比功率为8mW/cm~2。适宜的操作条件:甲醇浓度为2.5mol/L,甲醇流量为1.04mol/L,氧气流量范围60￣100SCCM,空气流量范围为125￣200SCCM。电池性能的初步分析显示,催化层中存在较高的质子传递电阻,使得电池在大电流放电时性能下降较快,限制了比功率的提高。     

DFAFC膜电极组件阳极催化层结构的设计

设计了混合单催化层[m(PtRu)∶m(Pd)=1∶1]、双催化层[m(PtRu)∶m(Pd)=1∶1]和三层催化层[m(PtRu)∶m(Pd)∶m(PtRu)=1∶2∶1]等阳极催化层结构的膜电极组件(MEA),催化剂总载量均为8 mg/cm2。混合单催化层和三层催化层可提高直接甲酸燃料电池(DFAFC)的稳定性和燃料利用率。以2 mol/L甲醇+10 mol/L甲酸为燃料,三层催化层MEA的峰值功率密度从以10 mol/L甲酸为燃料的36.6 mW/cm2提高到43.1 mW/cm2,放电电压从0.44 V提高到0.45 V。     

阳极催化层孔结构对DMFC性能的影响

采用碳酸铵作为造孔剂,研究了阳极催化层孔结构对直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响.热重、扫描电镜和压汞法分析的结果表明:碳酸铵的热分解使阳极催化层一次孔的孔容增大,而二次孔的孔容基本不变.电化学测试结果表明:与未加造孔剂的阳极催化层相比,加入碳酸铵使阳极催化层电化学活性表面积增加了26.6%;阳极电位为400 mV时的电流密度提高了53%;开路电位下的甲醇渗透率降低了12.5%;在80℃、0.2 MPa氧气条件下,DMFC的最高功率密度由186 mW/cm2提高到235 mW/cm2.     

管状空气自呼吸直接甲醇燃料电池的研制

制备了一种新型的直接甲醇燃料电池,即管状空气自呼吸直接甲醇燃料电池,采用弯曲热压法制备出管状膜电极。将管状膜电极固定在一个具有导电性能的多孔管上,制作出管状空气自呼吸直接甲醇燃料电池。燃料的供给根据使用目的不同,既可以用泵连续输送,作为固定电源,也可以采用间歇式补充甲醇溶液,作为便携式电源。同时对影响电池性能的因素,如阴极催化剂的用量,甲醇的浓度和甲醇的温度等进行了考察。阴极表面催化剂的用量可以显著地影响电池的功率密度,甲醇溶液的温度也是影响电池性能的一个关键因素。在阳极催化剂的用量为2mg/cm2Pt-Ru,阴极催化剂用量为3mg/cm2Pt,甲醇溶液浓度为4mol/L,温度为80℃时,采用空气自呼吸方式,电池的功率密度达到10mW/cm2。在管的内部一次加入4mol/L的甲醇溶液,在没有任何外围设备时,常温常压下工作,一个10cm2的管状空气自呼吸直接甲醇燃料电池可以稳定提供40mW功率的时间超过5h。     

液体进料直接甲醇燃料电池工况的匹配及优化

研究阴极氧气加湿、预热及电池放置方式对直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响。电化学阻抗谱(EIS)测试结果显示:氧气加湿使电池内阻降低10.3%,改善了低温运行时的电池性能;在较高温度下,氧气加湿导致阴极出现水淹,降低了电池性能;氧气预热在保证阴极温度平衡的同时,避免了产物水分遇冷凝结,改善了阴极的传质性能,电池的功率密度在55℃时从46.70 mW/cm2提高到52.48 mW/cm2;运行温度越高,氧气预热对性能的改善越显著。设计了4种进料方式,其中垂直进料方式使CO2最易排出、甲醇渗透最少,甲醇流速较低时可得到最高的功率密度(54.13 mW/cm2)。     

直接甲醇燃料电池膜电极电化学性能影响因素

研究了温度、Nafion膜类型、甲醇浓度和甲醇流量对直接甲醇燃料电池 (DMFC)膜电极 (MEA )电化学性能的影响。甲醇流量的改变几乎不影响膜电极性能 ,而温度、Nafion膜类型和甲醇浓度对膜电极电化学性能有明显影响。在阴极为常压空气的条件下 ,本实验得到的MEA的最佳运行参数为 :t=60℃ ,聚合物电解质为Nafion 117膜 ,甲醇浓度为 1mol/L ,甲醇流量为 1ml/min或 6ml/min。     

被动式DMFC的性能

研制了两只单体电池串联的被动式直接甲醇燃料电池(DMFC),无外部泵等辅助设施.考察了甲醇的浓度和温度、空气提供方式对单体电池性能的影响及单体电池的长期运行性能.单体电池在室-温(25℃)下,贵金属载量为2.5mg/cm2、甲醇浓度为3mol/L时,性能最佳,峰值功率密度可达10mW/cm2.提高甲醇温度和采用流动的空气,可提高电池的性能.单体电池在无水热管理系统、100mA放电的条件下,可在室温下连续、稳定地工作4h.     

碱性BH4-在铜阳极上的电化学行为

用线性极化方法研究了铜对BH4-氧化的电化学行为。室温下,在2.0 mol/L NaBH4 2.0 mol/L NaOH的阳极电解液中,由铜阳极、铂阴极和NRE-212膜组成的直接硼氢化物燃料电池(DBFC)的最大电流密度和最大功率密度分别为235mA/cm2和46.14 mW/cm2;用恒流法以20 mA/cm2进行寿命测试,电压在0.6 V左右稳定达50 h。扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)测试的结果表明:实验中阳极表面形貌不断变化,但始终为铜单质。     

直接甲醇燃料电池用催化阻醇MEA的制备

针对直接甲醇燃料电池(DMFC)催化剂活性低和甲醇渗透等问题,利用Pd的催化阻醇性能,以油胺表面活性剂为添加剂,还原Pd络合物,合成基于Pd的催化阻醇纳米材料,并涂覆到质子交换膜上,与阴极、阳极构成四合一复合膜电极组件(MEA).与常规三合一MEA相比,复合MEA的质子电导率更高,甲醇渗透率降低了 20％,电池性能得到...     

直接甲醇燃料电池膜电极组件的阳极整平层

通过考察有阳极整平层(sub-layer)的膜电极组件(MEA)的极化曲线、SEM图和内阻等,研究了阳极整平层对直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响.在表面喷涂Nafion树脂,对整平层进行修饰,发现喷涂Nafion后的整平层与催化层的结合更紧密,提高了电池性能.在静止式DMFC中,以2 mol/L静止甲醇溶液为燃料,有经过修饰的整平层(1.0 mg/cm2)的MEA在常温下的功率密度达到15.3 mW/cm2,放置1 d后仅有1%的衰减.     

固体氧化物燃料电池研究--10%Cu-Ce0.15Zr0.85O2作阳极材料

以10%Cu-Ce0.15Zr0.85O2为阳极、Pt为阴极和参考电极,组装了固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池并进行了测试,考察了操作温度、甲烷流量等对电池性能的影响,发现提高操作温度以及在阳极材料中添加CeO2可以显著改善电池性能。升高温度,阳极极化曲线中的极限电流密度值随之上升;阳极中CeO2含量为10%时,功率最大值由未加时的4.10 mW/cm2增大至9.76 mW/cm2,对应的电流密度由12.22 mA/cm2增大至35.7 mA/cm2。甲烷的流量对电池开路电位有显著的影响,但当甲烷流量在18 mL/min以上时,其影响已十分微弱。     

印刷线路板在被动式DMFC中的研究

采用印刷线路板(PCB)作为被动式直接甲醇燃料电池的单极板,实现集流、串联和夹紧的一体化.设计、组装了被动直接甲醇燃料电池系统,并与笔记本电脑联试成功.电池放电性能测试结果表明.系统输出峰值功率达33 w,单位面积峰值比功率达27 mW/cm2.一次加入840 mL,2 mol/L的甲醇可使笔记本电脑工作72 min,并对甲醇燃料的法拉第效率、能量效率、比能量进行了估算,结果表明该电池系统甲醇燃料的法拉第效率达23.3%,能量效率为7.8%,比能量为475.8 Wh/kg.     

被动式直接甲醇燃料电池运行温度特性

将电池阴极侧集流板和夹具合二为一,采用自制的七合一膜电极组件对被动式直接甲醇燃料电池进行测试,研究了开路电压稳定阶段、放电阶段和放电后电压稳定阶段过程中电池温度与室温之间温差的变化,以及电池恒电流放电时电流密度和甲醇溶液浓度对电池电压及温差的影响.研究表明:在开路电压稳定阶段加入燃料后,温差开始升高,低电流密度放电时,温差先升高后降低,放电结束后,温差急剧下降;相同浓度下,放电电流密度越高,温差越大;相同的放电电流密度下,温差随甲醇浓度的增大而升高.     

浸渍法制备阳极支撑管式固体氧化物燃料电池

采用一种简单、经济的工艺——浸渍成型工艺成功地制备出管式固体氧化物燃料电池的NiO-YSZ阳极支撑体,然后组装成一个NiO-YSZ/YSZ/LSM-YSZ单电池。以加湿氢气为燃料,空气为氧化剂对该单电池进行测试。测得电池在800℃下最大功率密度为450 mW/cm2。随后对单电池进行约40 h的恒电流放电测试和热循环测试,电池的输出功率有较明显的下降而开路电压基本不变,通过阻抗谱分析发现,随着时间的变化,电池欧姆电阻和界面电阻均有所下降,其中,前者是电池性能衰减的主要因素。