质子交换膜燃料电池催化剂的耐久性研究

燃料电池的耐久性问题是阻碍其商业化应用的一个重要原因阐述了近年来质子交换膜燃料电池催化剂耐久性的研究进展。研究表明,电池长时间运行后,催化剂碳载体会受到腐蚀,Pt颗粒会发生溶解、团聚、烧结。其主要影响因素被认为是:高电势、高温(50～90℃)、低pH(<2)及潮湿的运行环境等。还提出了增强催化剂耐久性的一些方法。     

质子交换膜燃料电池耐久性评价方法

耐久性是阻碍质子交换膜燃料电池发展的重要原因。介绍了美国能源部与日本燃料电池商业化推进协会的加速测试方法,对两种测试方法的测试特点、适用范围等方面进行了分析,包括湿度循环、负载循环、启停循环、开路电压等工况下性能衰减的机理及主要材料的腐蚀特点。总结了提高燃料电池耐久性的方法和测试手段的进展。     

质子交换膜燃料电池膜电极组件研究

膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池的核心部件。系统地研究了MEA的组成和结构对其性能的影响。研究提出:催化层中掺杂Nafion聚合物的亲水电极比传统的催化层中掺杂PTFE的疏水电极性能有了较大的提高;不同种类质子交换膜对MEA的性能影响很大,Nafion112和Dow膜是目前比较适宜的质子交换膜;采用石墨类碳纸的电极性能高于采用碳纤维类碳纸的电极;电极催化层中Nafion聚合物的最佳含量比为30%左右。根据氢电极和氧电极反应难度的不同,提出为了减少催化剂的用量同时不显著影响电池的性能,氢电极的铂载量应该低于电极的观点,并通过了实验验证。     

质子交换膜燃料电池发展现状

介绍了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的结构、组成和工作原理，叙述了不同质子交换膜的来源特点及导电性与膜参数的关系；对不同电极和电极催化剂性能作了评述；综述了目前几种氢的来源、优缺点及质子交换膜燃料电池有关问题的发展动向和前景。     

燃料电池质子交换膜研究现状与展望

质子交换膜燃料电池是目前研究的热点之一,研究方向包括提高燃料电池效率、减少成本、提高耐久性等。作为质子交换膜燃料电池的核心部件,质子交换膜性能的好坏直接影响燃料电池的性能与寿命。文中首先概述了燃料电池质子交换膜的工作原理。随后,总结了燃料电池质子交换膜的分类,主要分为全氟磺酸质子交换膜、部分氟化聚合物质子交换膜、复合质子交换膜以及非氟化聚合物质子交换膜四大类,同时还简述了质子交换膜的制备工艺。最后,介绍了燃料电池质子交换膜的优化方案,主要包括有机/无机纳米复合质子交换膜、改进质子交换膜的骨架材料、调整质子交换膜的内部结构、机械增强型质子交换膜以及自增湿型质子交换膜。     

质子交换膜燃料电池的热模拟

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的热问题模拟现状,根据研究问题的需要,对模拟相关的模型进行了描述,并应用计算机模拟技术对质子交换膜燃料电池进行了热模拟。从热源、温度场在质子交换膜燃料电池内部的分布情况以及电池性能等方面进行了分析和讨论,得出了结论:热源、温度在质子交换膜电池内部分布的不均匀性和不同电流密度情况下膜电极组件的温差。电池性能曲线与试验结果进行了比较,模拟与试验结果基本吻合。     

质子交换膜燃料电池的研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池的核心组成与工作原理，对燃料电池的膜材料和电催化剂、膜电极技术的发展现状以及对膜电极的制作工艺和结构优化进行了评述和分析，指出了目前质子交换膜燃料电池研究存在的问题及发展趋势。     

质子交换膜燃料电池电流分布研究

燃料电池电流分布直接反映电极表面的电化学过程,研究电流密度分布有助于分析电极过程的特征,有利于提高催化剂的利用率。采用电极催化区域分区的方法研究了气体流道区域与集流体区域电流分布的不同。分析了气体流道区域与集流体区域的电阻分布,考察了气体加湿及氧气供给对上述两区域电化学过程的影响。结果表明,小电流密度区间,气体无论是加湿还是干燥条件,电阻的影响要强于气体供给的影响,即集流体区域电流密度高于气体流道区域;而大的电流密度区间,电流在集流体区域与气体流道区域的分布决定于反应点的电阻及气体供给两种因素。     

质子交换膜燃料电池的开发和应用

简述了质子交换膜燃料电池的发展历史、工作原理、商业应用进展和与其它燃料电池性能的对比。质子交换膜燃料电池是最具商业前景的电动车电源,目前急需解决成本高和车载燃料和贮氢等技术问题。近10年内,该电池有望取得实质性进展。     

常压空气质子交换膜燃料电池

常压空气质子交换膜燃料电池,采用阴极与阳极均为平行沟槽流场的石墨双极板。MEA采用DuPond公司制造的Nafion112质子交换膜、碳纸采用SGL碳纸,碳载铂为自制催化剂。电池堆的工作条件为室温,氢气压力为0.01～0.02MPa,以空气为氧化剂。电池堆输出功率为200W,峰值功率400W。     

以重整气为燃料气的PEMFC电堆性能

与使用氢气为燃料气相比,以重整气作为质子交换膜燃料电池的燃料气可以避免氢气储存与运输的不便,更可以增加PEMFC的适用场合和范围.研究了常压与加压条件下重整气中N2和CO2组分对PEMFC电堆的影响,结果表明N2和CO2主要是降低了H2的分压,对电池性能影响较小.针对CO组分,研究比较了阳极注氧和外部净化对电池抗CO能力的影响,结果表明这两种方法都有明显的抗CO效果,相比之下外净化的效果更佳.同时,考察了电堆在重整气氛围下的稳定性,进行了1 500 h的寿命实验,实验结果显示电压衰减速度为19.21 μV/h.     

不同参数对PEMFC电堆低温起动影响的仿真研究

在一定假设条件下,将每片电池分成10层,每层看成一个集总参数,在Matlab/Simulink软件平台上搭建了由20片电池及端板组成的瞬态分层集总参数电堆水热管理模型。分别对不同双极板材料、不同端板材料、电堆内有/无残存冷却液及加载1.0 A/cm2的电流密度进行仿真研究,得到不同参数对PEMFC电堆低温起动的影响,为燃料电池电堆的低温起动提供技术支持。     

千瓦级质子交换膜燃料电池

组装了一台40节千瓦级质子交换膜燃料电池。双极板采用复合板,阴极侧流场采用蛇型流场,而阳极侧流场采用平行沟槽流场。电极采用杜邦公司的Nafion1135质子交换膜热压而成,碳载铂为电催化剂,铂担量为0.4mg/cm2,电池组工作温度范围为室温至80℃,工作压力pO2,空气/pH2=0.20MPa/0.19MPa,以氧气为氧化剂时电池组输出最大功率为2 5kW;以空气为氧化剂时电池组输出最大功率为1.2kW。     

质子交换膜燃料电池性能优化数值研究

对影响质子交换膜燃料电池性能的主要参数:阴极交换电流密度、阳极交换电流密度、阴极传递系数、阳极传递系数、氧气参考浓度、氢气参考浓度进行系统的数值研究.结果表明当上述参数在一定的取值区间内按照一定规律变化时,其对质子交换膜燃料电池的性能没有任何影响,极化曲线完全重合.通过分析这些参数之间的相互关系,揭示质子交换膜燃料电池性能控制的机理,避免单一参数研究的不足,为深入研究和优化电池性能指明方向.     

质子交换膜燃料电池CCM膜电极

采用喷涂工艺制备了三合一(CCM,Catalyst Coated Membrane)型质子交换膜燃料电池膜电极,研究了分散剂、催化剂、质子交换膜对膜电极性能的影响.结果表明:CCM型膜电极的放电性能好于传统热压方法制备的膜电极;乙醇、异丙醇和乙二醇等水溶液分散剂对CCM膜电极中低电流密度区放电性能影响不大,而在高电流的浓差极化控制区乙二醇最佳,而乙醇最差;优化催化剂的Pt担量和阴极催化剂的用量能够显著提高膜电极的性能,而通过减小质子交换膜的厚度,降低膜的面电阻可以进一步提高膜电极的放电性能.     

质子交换膜燃料电池燃料饥饿现象

燃料饥饿的发生,将加速质子交换膜燃料电池(PEMFC)的衰减,降低电池的寿命。在燃料饥饿条件下,采用分式结构电池,对其电压、电极电势、电流分布及局部界面电势随时间的响应情况进行了在线测量。实验结果表明在燃料饥饿条件下,电池阳极侧出现"真空效应",公用管路内燃料气被倒吸进电池阳极,延缓了电池的死亡。公用管路内气体氢浓度越低,电池衰减越快。在此过程中,电池阳极中间区域局部界面电势首先上升,相应的阳极电势也逐渐升高;同时,电池中间区域电流下降,电流分布差异增大,阴极极化增大,电势相应下降。这表明电池运行过程中,气体中所含杂质在电池阳极的积累,使得电池阳极腔内氢气浓度逐渐下降并最终引起电池死亡。     

管状质子交换膜燃料电池研究现状

介绍了管状质子交换膜燃料电池的研究现状,总结了目前管状燃料电池的制备工艺和性能,并对管状质子交换膜燃料电池存在的问题进行了分析,展望了其应用前景。     

质子交换膜燃料电池堆电气性能试验研究

对5 kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的电压一电流特性、温度特性、压力特性、反应气体计量比特性等进行了测试.并从电化学热力学和动力学两个角度初步分析了各运行参数对电堆性能的影响机理.试验表明,适当升高温度和反应气体压力有利于改善PEMFC电堆的性能,氢气、空气计量比分别为1.2和2.5时,该电堆性能最好.     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

综述了燃料电池 (PEMFC)的关键技术———质子交换膜的最新研究进展 ,并介绍和分析了提高质子交换膜的高温质子传导性能的不同方法及特点。