催化层与扩散层热压结合对DMFCs性能的影响

通过压汞法(MIP),交流阻抗法(EIS)研究了催化层和扩散层之间的结合条件对直接甲醇燃料电池(DMFCs)性能和稳定性的影响.结果表明,将采用转压法制备的膜电极与扩散层热压结合可以优化阴极扩散层的孔径结构,形成有利于水从阴极到阳极传输的返水结构,降低了传质阻抗,改善了在常压低化学计量比空气进料条件下阴极容易水淹的问题,显著提高了DMFCs单电池的性能和稳定性.     

炭纸表面原位生长碳纳米纤维作气体扩散层

采用化学气相沉积(CVD)法在炭纸上原位生长碳纳米纤维(CNF)成功制备了燃料电池用碳纳米纤维基气体扩散层(CNF/GDL)。通过调变CNF生长时间(从10 min到40 min)获得了一系列结构、形貌不同的碳纳米纤维层。为了研究CNF层结构、形貌对碳纳米纤维基气体扩散层性能的影响,对样品的物理性能(表面形貌、接触角、导电性、透气性)和电池性能进行了表征。物理性能测试结果表明:随着CNF生长时间的延长,气体扩散层的疏水性提升,电子传导能力先提升后下降。单电池测试结果显示:在低、中电流密度区域(i1 700 m A/cm2),采用CNF生长时间为20 min的气体扩散层制备的电池表现出更优异的电池性能;在高电流密度区域(i1 700 m A/cm2),采用CNF生长时间为10 min的气体扩散层制备的电池性能更好。     

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)。     

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.     

甲醇阳极制备工艺

对甲醇阳极的制备工艺进行了研究。通过对甲醇阳极不同的气体扩散层的研究,得出由碳黑和聚四氟乙烯(PTFE)形成的气体扩散层制成的电极电池性能最好,气体扩散层中PTFE的最佳含量为20%。通过甲醇阳极横断面的扫描电镜(SEM)与X射线散射图谱(EDS)分析,探讨了气体扩散层影响电池性能的原因。同时对碳纸支持层的影响也进行了研究。阴极空气近于大气压条件下,阳极Pt含量3.5mg/cm2,阴极Pt含量1.6mg/cm2,1mol/L甲醇浓度,电池温度60℃条件下,电池的开路电压为0.66V,0.4V时电池的电流密度为60mA/cm2,0.2V时电流密度为120mA/cm2。     

掺杂SiO_2对PEMFC低湿度性能的影响

采用磺化SiO2/Nafion自增湿膜作为质子交换膜,采用掺杂了纳米SiO2或经过磺化处理的SiO2的催化层作为阴极催化层,考察了饱和增湿条件下由自制质子交换膜和阴极催化层组成样品的接触角和质子电导率。在饱和增湿进气条件下考察了其对电池性能,电化学特性的影响,同时降低进气湿度,考察电池性能变化。结果表明,掺杂SiO2提高了催化层的亲水性;掺入纳米SiO2降低了阴极催化层的质子电导率,而掺入磺化SiO2提高了其质子电导率。在饱和增湿进气时,采用磺化SiO2/Nafion自增湿膜大幅地降低了电池的欧姆电阻。采用自增湿膜同时阴极催化层内掺入纳米SiO2降低了电池性能,而掺杂磺化SiO2电池性能有所提高。在干气进气条件下,不论是单独采用磺化SiO2/Nafion复合膜还是在阴极催化层加入纳米SiO2或者磺化处理过的SiO2,电池性能均有所提高。     

MnO2纳米棒/石墨烯空气扩散电极的铝空气电源

为满足绿色安全的化学电源需求,通过空气扩散电极的制备、铝阳极的优选、电解液浓度的选择、铝空气电池模组电解液的循环设计和电池集成,制备了具备实际供电能力的铝空气电源。其中空气扩散电极采用MnO_2纳米棒和石墨烯作为氧还原催化材料,使铝空气电池单体总能量达到1 009.7 Wh,比能量可以达到721.2 Wh/kg,电解液的循环设计使电池能够持续稳定地放电。铝空气电源功率可以达到1 171 W,给一台电脑一体机和一台红外灯同时供电,性能表现良好。     

直接甲醇燃料电池双催化层阴极结构和性能

制备了直接甲醇燃料电池双催化层阴极,双催化层由内催化层Pt黑和外催化层40%Pt/C构成。接触角测试、扫描电镜(SEM)以及能谱(EDX)分析结果表明,在双催化层阴极结构中形成了憎水性、孔结构和催化剂浓度梯度分布。循环伏安测试结果表明双催化层具有较多的电化学活性表面积。该双催化层阴极结构有利于氧气扩散和水的排出,提高了电池性能。     

甘氨酸-硝酸盐法制备Sm掺杂CeO2电解质及性能研究

甘氨酸-硝酸盐燃烧法合成Sm掺杂CeO2(SDC)电解质材料,通过XRD和扫描电子显微镜对不同甘氨酸与金属阳离子比例(G/N)制备粉末的结构和形貌进行了研究。比表面积测量结果显示,不同G/N比影响合成粉末的比表面积,导致粉末的烧结性能不同。G/N比为2合成的粉末在1300℃烧结2h可以达到97%的理论密度。合成不同含量Sm掺杂铈基氧化物SmxCe1-xOδ(x=0.125,0.15,0.175,0.20,0.225,)电解质材料,制备电解质支撑的单电池,电解质厚度为1mm,采用泥浆喷涂工艺在电解质上制备60%(质量百分数)NiO-SDC阳极层,在1300℃共烧结2h,Ag浆作为阴极组成单电池,以H2和空气为燃料和氧化气体电池性能测试显示,Sm0.175Ce0.825Od为电解质的单电池性能最好,800℃最大功率密度达283mW/cm2。     

阴极扩散层孔隙率不同分布对PEMFC性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极扩散层孔隙率分布对电池性能影响很大。建立了一个单电池的三维模型,分别考虑了阴极扩散层孔隙率单一分布、线性梯度分布、随机分布等情况,并用有限控制体法对模型进行了求解。研究结果表明,在大电流密度下,阴极扩散层孔隙率的不同分布形态会不同程度地影响阴极氧气质量传输和液态水的排出,从而影响电池性能。     

直接甲醇燃料电池用Nafion(R)ICeO2复合膜的研究

采用溶液再铸法制备了Nafion(R) ICeO2复合膜,并对该复合膜进行了热重分析法(TGA),X射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜法( SEM)表征,以及吸水率、质子电导率和甲醇渗透率测试.研究结果表明:与纯Nafion(R)再铸膜相比,Nafion(R) ICeO2复合膜的吸水率和质子电导率略有降低,甲醇渗透率...     

基于运行参数的直接甲醇燃料电池的实验

通过改变直接甲醇燃料电池的运行参数,研究了阳极甲醇流量、阴极空气流量、温度、阴极空气背压和甲醇浓度对电池性能的影响.研究表明:电池性能随阳极甲醇流量的增加先升高后降低,存在一个流量最优值;阴极空气流量提高有利于产物水的排出,从而提高电池性能;电池性能随电池温度的升高而提高,过高的空气预热温度使阴极过分干燥,从而使电池性...     

阴极扩散层结构对空气自呼吸式DMFC性能的影响

采用三种碳粉制备了阴极扩散层,对其表面形貌、孔隙率、透水压和透气性进行了表征,并将其应用于空气自呼吸式直接甲醇燃料电池.结果表明,与Vulcan XC-72R和Black Pearls 2000碳粉所制备的阴极扩散层相比较,采用Printex XE-2碳粉制备的阴极扩散层具有较高的孔隙率和适中的孔径,具有较高的透气性和较低的透水压,有利于阴极气体扩散和水的排出,提高了空气自呼吸式直接甲醇燃料电池的性能和极限电流密度.     

直接甲醇燃料电池阳极两相流动可视化实验

对有效面积为9 cm2的直接甲醇燃料电池(DMFC)进行了可视化实验研究,观察了阳极流道内两相流动的情况,研究了平行流道内CO2气泡的生长特性以及不同甲醇浓度、甲醇进料温度、甲醇流量及阴阳极压差下CO2的流动及其对电池性能的影响.研究表明:CO2气泡在扩散层表面与流道侧壁面的角区出现,此后又多在碳布纤维束之间的交叉空隙中优先生成,之后经历聚合、长大、形成不连续气弹,两相流周期性地重复出现;甲醇流量的增加加快了CO2气泡的排出速度,甲醇传质增强,电池性能提高;甲醇温度升高降低了CO2的溶解度,CO2气泡体积变大,但甲醇传质的增强和催化反应速度的加快使得电池性能提高;甲醇浓度增大,电池性能提高,但浓度过高导致电池性能急剧下降;阴阳极压差增大使得大的CO2气弹增多,但催化剂表面氧气浓度的提高和甲醇渗透减弱提高了电池性能.     

纯甲醇进料被动式直接甲醇燃料电池

考察了阴极扩散层碳粉载量对纯甲醇进料被动式直接甲醇燃料电池稳定性和被动式水管理的影响,并定量计算了水损失和甲醇效率.结果表明:阴极扩散层碳粉载量(即厚度)增加,电池系统水损失量减少,甲醇法拉第效率和能量效率提高;设计、组装了一个纯甲醇进料被动式直接甲醇燃料电池堆,其最大输出功率为8.3 W,并用于驱动数字显示钟.     

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.     

酞菁类化合物用于DMFC催化剂的研究进展

综述了酞菁类化合物(Pcs)用于直接甲醇燃料电池(DMFC)催化剂的研究进展;概述了Pcs用于DMFC阴极催化剂的催化机理和影响因素及耐甲醇性能;讨论了Pcs修饰Pt构成的DMFC阳极复合催化剂的研究现状和催化机理.