千瓦级PEMFC电堆的研制

使用表面改性的金属铝板做双极板,成功组装了含30个质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池的电堆。H2、空气反应气均采用外增湿,使用循环冷却水排出电堆产生的热量。分别使用Nafion115膜和John-MatthyPt/C作为电解质和催化剂,其中Pt载量为0.4mg/cm2。电堆工作温度为室温至100℃,H2与空气工作压力比为0.20MPa/0.22MPa,电堆输出功率为1~1.3kW,输出电流为40~80A,输出电压为26~20V,电极工作电流密度为200~375mA/cm2,电堆能量转化效率为51%。     

全钒氧化还原液流储能电堆

采用高密度石墨板为集流板,质子交换膜为隔膜,多孔碳材料为电极,组装成全钒氧化还原液流电池,研究了不同质子交换膜、多孔碳材料和电解液的流量对电池性能的影响,用15个单电池组装成了全钒氧化还原液流储能电堆,电堆的电极和隔膜的有效面积均为546 cm2,并对电堆的充放电性能进行测试和表征.结果表明,以PVDF-g-PSSA膜为隔膜,聚丙烯腈石墨毡为电极的全钒氧化还原液流储能电堆充放电可逆性能好,能量效率随着充放电电流密度增加而减小,电流密度在40 mA/cm2左右时,能量效率高达82.3%,电堆的库仑效率随电流密度增加而增加,电流密度超过1 00 mA/cm2时,库仑效率可达94.5%.     

DIR-MCFC性能影响因素研究

将甲烷水蒸气重整制氢反应与熔融碳酸盐燃料电池技术相结合,构成了以甲烷为燃料气的直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(D IR-M C FC)。考察了影响电池性能的条件,发现反应气压力增加会提高电池性能,反应气压力由0.1M Pa升至0.6 M Pa,在150 m A/cm 2下,电池电压约提高200 m V;增加甲烷流量利于提高电池性能,但需要合理选择甲烷的利用率;常压下,进气水碳比为1时同等电流下电池初始电压较进气水碳比为2时高30～50 m V,而在0.6 M Pa下这两种进气水碳比对电池初性能影响不大;0.6 M Pa、水碳比为1时,催化剂容易积碳,从而降低电池运行的稳定性,因此,电池在较高压力下运行时应适当提高进气水碳比。     

百瓦级一体式再生燃料电池堆研究

对百瓦级一体式再生燃料电池堆(URFC)的电性能和燃料电池(FC)/水电解(W E)双模式循环稳定性进行测试研究。所研制的百瓦级URFC电池堆双模式工作电性能优良,循环性能稳定。燃料电池模式工作条件下:电流密度为500 mA/cm 2时,单体电池平均工作电压0.789 V,输出功率236 W;电流密度为1 000 mA/cm 2时,单体电池平均工作电压0.681 V,输出功率409 W。水电解模式工作条件下:电流密度为1 000 mA/cm 2时,单体电池平均工作电压1.628V,产生标准状态下氢气的耗能量为4.26 kW h/m 3。电流密度为500 mA/cm 2时,URFC电池堆充放电循环电压效率为51.5%。单体电池电压方差和计算结果表明,在工作电流密度0～400 mA/cm 2的窗口区间内,单体电池电压具有相对最好的均匀一致性。在100 h/20次的FC/WE双模式循环试验中,URFC电池堆性能衰减平均为1.70%。     

质子交换膜燃料电池用SPTFS/PTFE复合膜研究

将磺化聚α,β,β 三氟苯乙烯(SPTFS)树脂浸入到多孔的聚四氟乙烯(PTFE)膜的孔中,制成SPTFS/PTFE复合膜用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)。与均质膜相比通过这种复合方法降低了膜的吸水率。复合膜的电导率在10-2S/cm范围。在80℃,p(H2)/p(O2)压力比为0.2MPa/0.2MPa条件下,用复合膜组装的电池性能与Nafion 115膜组装的电池性能进行了比较。复合膜组装的电池在0.5V时的电流密度(1200mA/cm2)大于Nafion 115膜的(1000mA/cm2);在低电流密度区(小于700mA/cm2),复合膜性能低于Nafion 115膜;在高电流密度区(大于1000mA/cm2),复合膜性能明显高于Nafion 115膜。     

电流密度和温度对钒电池性能的影响

全钒氧化还原液流电池以其众多的优点日渐成为研究热点。应用自制膜,自主组装了10电池电堆进行测试,测试过程中单电池电压不高于1.7 V,采用恒流模式研究了不同电流密度对电堆充放电性能的影响,并进行了原因分析。在最佳电流密度57.9 m A/cm2条件下,研究了电池运行温度对电解液利用率的影响。     

模拟车况下的质子交换膜燃料电池耐久性研究

为了研究质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆在车载运行条件下的耐久性,介绍了3 kW的PEMFC电堆在模拟车载运行工况条件下的1 000 h耐久性实验.通过分析不同工作电流条件下的电压、电堆极化曲线以及单电池电压分布等随时间的变化来考察PEMFC电堆在模拟车况条件下的性能衰减情况,并借助于红外探温测试和TEM表征来阐明电堆性能衰减机理.研究表明:在模拟车况条件下工作1 000 h后.质子交换膜燃料电池堆在0、35 A及85 A工作电流条件下的电压都衰减了6%左右,单电池电压平均衰减率分别为39.1、23.0 μ V/h和23.3 μ V/h;电堆中各单电池的性能衰减存在空间差异;质子交换膜的损伤导致的气体穿透是引起质子交换膜燃料电池堆性能衰减的主要因素.     

氢空PEMFC发动机的几个须关注的问题

针对一个2.5kW氢空质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆,研究了不同负载下电堆侧面的温度分布、不同温度下电堆极化曲线、以及不同电流时单电池电压的变化。实验表明,PEMFC发动机设计中以下几个问题应该予以关注(1)电堆温度分布具有明显非均匀性,中心温度一般比边缘高,减小温度不均匀性对于充分发挥电堆性能具有重要意义;(2)低温下电堆性能比高温低很多,并且低温大电流时电堆难以稳定,这增加了发动机低温启动难度;(3)单电池一致性的提高,可以提高电堆性能,减小辅助系统功率和体积。     

Ru对以Pd/C为阴极的MSFC性能的提升

利用化学还原法制备了Pd/C和PdRu/C催化剂,考察了Ru对以两催化剂为阴极的Mg-H2O2半燃料电池性能影响。结果发现:以Mg合金为阳极,分别以Pd/C和PdRu/C为阴极的Mg-H2O2半燃料电池性能均随着温度和电解液流速的增加而增大,但后者的提升幅度明显高于前者。温度为328 K,电流密度为75 mA/cm2时,以PdRu/C为阴极的Mg-H2O2半燃料电池的最高能量密度可达145 mW/cm2,高于以Pd/C为阴极的电池50 mW/cm2。电池的恒流放电曲线表明Ru的加入提升了电池稳定性。在60 min的测试时间里,电流为50 mA/cm2时,以PdRu/C为阴极的电池电压稳定在1.9 V,高于以Pd/C为阴极的电池0.3 V。     

固定电站用燃料电池系统性能衰减的规律

对某固定电站用燃料电池系统在恒负载条件下的性能衰减规律进行了研究.电压和功率随着运行时间的增加线性衰减,电堆和单体电池的电压衰减速率分别为0.042 V/h、0.37 mV/h,电堆和辅助系统的功率衰减速率分别为2.8 W/h、0.4 W/h.经过150 h的运行,燃料电池堆的稳定性和单体电池的一致性下降,燃料电池系统的效率下降3％;电堆性能受限于性能最差的单体电池;辅助系统功率是影响系统效率的主要因素.     

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。     

全钒氧化还原液流储能电池组

用10节单电池组成了全钒液流电池组,每节单电池有效电极面积为451.4 cm2,电极材料为聚丙腈石墨毡,双极板为石墨板,隔膜为Nafion膜。室温下工作时电池组最大输出功率为1.23kW,比功率0.27W/cm2。充放电电流密度为20 mA/cm2时,电池组的电压效率达87.8%,能量效率达78.2%。     

电流密度和温度对VRB性能的影响

利用千瓦级全钒液流电池(VRB)模块,考察了电流密度和温度等因素对VRB输出性能的影响.在1.000～1.550 V的单体电池工作电压区间内,充电电流密度对容量的影响比放电电流密度大.随着温度从25℃降低至-5℃,VRB的极化从20 mV/20 mA·cm~2增加到40 mV/20 mA·cm~2;以80 mA/cm~2和40 mA/cm~2循环时,能量效率降低率分别约为0.32%/℃和0.06%/℃.     

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.     

复合材料双极板质子交换膜燃料电池

测定了两种树脂对导电骨料的润湿性,研究了树脂及其含量对复合材料双极板性能的影响。采用对导电骨料浸润性好的树脂作粘合剂,通过模压一次成型技术制备出复合材料双极板的电导率大于300S/cm,抗折强度大于30MPa,空气透气率为10!7cm2/s。并进行了电堆组装及电性能和稳定性测试。结果表明,在较小的电流密度(<1.0A/cm2)条件下,复合材料双极板的电性能和石墨材料双极板相当,在较大的电流密度(>1.0A/cm2)条件下,其电性能要稍优于石墨材料双极板;电池经350h放电试验并重复启动电池100次以上,双极板性能稳定。     

纳米NiO作催化剂的扣式锂-氧电池的性能

将催化剂纳米NiO掺入多孔炭基氧气电极中,组装成CR2032型锂-氧扣式实验电池,并进行恒流充放电和交流阻抗测试。催化剂纳米NiO可改善电池的电化学性能。在0.1 mA/cm2的电流密度下,电池的首次放电比容量为1 258.4mAh/g,放电电压平台稳定在2.7 V左右,充电电压平台为4.2 V。