我国燃料电池的研究现状--第二届广州燃料电池会议述评

结合在广州举行的第二届广州燃料电池会议(2nd Guangzhou Fuel Cell Conference),分别综述了我国目前在固体氧化物燃料电池(SOFC)的阳极材料、电解质材料以及制约其商业化的主要问题;质子交换膜燃料电池(PEMFC)的阴极催化剂、阳极催化剂及膜电极的制备方法,不同种类电解质膜等问题;直接甲醇燃料电池(DMFC)的阳极催化剂抗中毒能力以及质子交换膜的抗甲醇渗透等问题的研究与现状进行了综述。     

直接甲醇燃料电池研究现状及主要问题

直接甲醇燃料电池 (DMFC)具有燃料易运输与存储、重量轻、体积小、结构简单、能量效率高等优点 ,以固体聚合物作为电解质的直接甲醇燃料电池是理想的车用动力电源 ,具有广阔的发展前景。从DMFC性能研究、甲醇穿过Nafion膜渗透的影响、膜研究及电催化剂研究等四个方面描述了直接甲醇燃料电池的研究现状及存在的主要问题 ,结合当前的最新研究成果 ,给出DMFC研究中需要解决的几个关键问题     

直接乙醇燃料电池的研究现状及前景

以纯氢为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)已日趋成熟,直接甲醇燃料电池(DMFC)的研究比较活跃,鉴于氢存储较难且甲醇有毒,人们试图开发采用来源丰富、毒性低、可再生的燃料如乙醇的燃料电池。综述了乙醇在Pt上氧化的电催化机理,直接乙醇燃料电池(DEFC)的阳极电催化剂,电解质膜及其改性,电池性能及其影响因素,并对分别采用纯氢、甲醇和乙醇作为燃料的PEMFC、DMFC和DEFC三种燃料电池进行了对比,阳极电催化剂和电解质膜的研究改进是今后DEFC的工作重点。     

阴离子膜直接甲醇燃料电池

目前质子交换膜直接甲醇燃料电池(PEM-DMFC)面临着甲醇在阳极的电氧化性能差和甲醇从阳极渗透到阴极严重这两大难题。阴离子膜直接甲醇燃料电池(AEM-DMFC)由于采用碱性体系阴阳极的电催化性能大幅提高,电渗析方向的改变减小了甲醇从阳极向阴极的渗透,这些优点有望解决PEM-DMFC目前所面临的难题。主要论述了阴离子膜DMFC的原理,及与质子膜DMFC对比,并对甲醇在碱性条件下电氧化催化剂,氧化机理及反应速率影响因素进行介绍和评述以及对AEM-DMFC的发展做出了展望。     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化剂是DMFC的关键材料之一,其电化学活性的大小对燃料电池的性能及成本起着关键作用.简要介绍了DMFC阳极催化剂的电催化氧化机理,并探讨了在目前研究中存在的问题和今后努力的方向,对研究DMFC阳极催化剂具有很好的参考价值.     

直接甲醇燃料电池中阳极催化剂的研究进展

从铂基合金催化剂、以导电聚合物为载体的复合催化剂和含氮的大环配合物的开发等三个方面重点综述了直接甲醇燃料电池(DMFC)中阳极催化剂的研究进展,同时简要概述了DMFC中甲醇渗透对电池性能的影响及其解决方案。有关研究表明,合金组成、催化剂载体以及大环配合物对阳极催化剂的催化活性和稳定性有着直接的影响。尽管目前已经进行了大量的关于甲醇在阳极催化剂上的作用机理的研究工作,但还未形成共识。另外,利用新的合成方法制备高分散的催化剂也是阳极催化剂发展的重要方向。同时,还须从根本上解决甲醇在Nafion膜中的渗透问题。     

直接甲醇燃料电池阴极催化剂的研究进展

直接甲醇燃料电池（DMFC）功率密度高,燃料甲醇易得、储存和携带方便,既可作为大型的动力电源,又可作为小型电子设备的电源,是目前燃料电池研究领域的一个热点。但由于甲醇渗透、贵金属的使用等问题,阴极催化剂还有很多方面需要改善。介绍了近年来直接甲醇燃料电池阴极催化剂的研究与进展,提出了存在的问题及可能的发展趋势。     

直接二甲醚燃料电池性能的初步研究

研究了阳极催化剂及电解质膜对直接二甲醚燃料电池(DDFC)性能的影响,并与直接甲醇燃料电池(DMFC)进行了比较.在低电压区,以Pt/C为阳极催化剂的DDFC性能较好;在高电压区,Pt-Ru/C的催化行为更好.DDFC的开路电压随着Nafion膜的增厚而升高,使用Nafion115膜的DDFC最大功率密度为46 mW/cm2.在低电流密度区,DDFC的性能优于DMFC;在高电流密度区,DMFC的性能较好,DDFC的最大功率密度约为相同条件下DMFC的84%     

DMFC用阴极抗甲醇催化剂

简单介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)的优点及目前研究中存在的主要技术问题,即电催化剂特别是阳极催化剂的活性不足和甲醇渗透问题。综述了DMFC使用的几种主要的阴极氧还原电催化剂的研究进展,着重对无定形的过渡金属族合物类电催化剂材料的研究状况进行了评述,认为该类催化材料的抗甲醇性能优良,但活性有待于进一步提高。     

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.     

直接甲醇燃料电池中多物理量分布的一维模拟

为了研究直接甲醇燃料电池(DMFC)内的电流、电位和各物质的浓度等物理变量的分布,建立了沿电池厚度方向的一维模型。模型的研究区域包括阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层。模型中较细致地描述了甲醇氧化的多步骤复杂反应,而催化层结构采用团聚体模型来描述,模型中还考虑了甲醇穿透对阴极氧气反应的影响和甲醇进料浓度对各物理量分布的影响。从模拟结果可以看到,在阳极扩散层由于甲醇氧化反应速率较大,甲醇在阳极催化层两侧的浓度梯度大于阳极扩散层浓度梯度;由于扩散层厚度远远大于催化层厚度,甲醇在阳极扩散层的浓度差比在阳极催化层的浓度差大;在阴极催化层由于甲醇氧化反应速率较小,甲醇浓度变化很小;电池内膜相电位不同导致各处过电位不同。     

DMFC的阻甲醇渗透研究进展

甲醇从阳极到阴极的渗透是影响直接甲醇燃料电池性能的主要因素之一。对甲醇渗透问题进行了综述,重点介绍了阻甲醇渗透技术。近年来,阻甲醇渗透技术的研究主要集中在对全氟磺酸膜如Nafion膜的改性以及其他新型聚合物电解质膜的研制上,此外还可以通过电池操作条件的改变以及电极结构的优化来消除或减少甲醇渗透的影响。     

直接甲醇燃料电池两相传质过程研究进展

为了揭示直接甲醇燃料电池两相流及其对电池性能的影响,从可视化研究和数学模型研究两方面综述了直接甲醇燃料电池中气、液两相流的研究进展.概述了阳极和阴极两相流研究,介绍了流场模型、扩散层模型、催化层模型及质子交换膜模型等数学模型.阴极进行可视化研究是必要的,数学模型与实验结合起来研究能更好地促进模型研究的发展.     

DMFC阳极用Pt基催化剂的研究进展

综述了直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极用单组分催化剂、Pt-Ru、Pt-Sn和Pt-Cr合金等二元催化剂与以Pt-Ru合金为基础的多组分催化剂的研究进展;综述了制备方法、载体及各组分的比例对催化剂催化活性的影响.指出DMFC阳极催化剂将致力于非贵金属催化剂的开发、阳极电极合金组成的研究和催化剂载体的选择.     

DMFC中电催化剂的研究进展

从阳极催化剂的开发和阴极催化剂的开发两个方面重点综述了直接甲醇燃料电池(DMFC)中电催化剂的研究进展.概述了甲醇电催化氧化机理.研究表明:阳极催化剂材料不仅可利用铂基二元或多元合金,而且可利用不含贵金属铂的电子导电混合氧化物,同时开发新的具有高活性和对甲醇无活性的氧还原反应非贵金属催化剂,应成为阴极催化剂研究的一个重要方向.     

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。     

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.