高温质子交换膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池解决了传统质子交换膜燃料电池催化剂易受CO等杂质气体毒化、水热管理复杂等问题,成为当今燃料电池发展的主要方向。高温质子交换膜是实现高温操作的关键部分。本文结合质子传递机理,分析了以水作为质子溶剂、非水质子溶剂质子交换膜以及无机固态质子导体膜的研究现状,认为有机/无机复合膜和非水质子溶剂膜,尤其是其中的磷酸掺杂的PBI膜是高温质子交换膜的发展方向。     

高温质子交换膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFCs）因其具有催化剂CO耐受性良好,能量转化率高,水热管理简单等优点,成为了能源领域重要的研究方向之一。高温质子交换膜（HTPEM）是它的主要部件之一,分别以水、磷酸分子和咪唑分子为质子传导载体分析了目前HTPEM的研究现状,比较后得出了以磷酸为质子载体的HTPEM性能最佳的结论,指出了研究中尚存的问题,并展望了未来HTPEM可能的研究方向。     

燃料电池高温质子交换膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池具有反应动力学快、CO耐受性高等特点,但磷酸掺杂的高温质子交换膜因磷酸的流失和聚合物的降解等原因导致燃料电池的输出功率发生衰减。本文通过介绍聚苯并咪唑衍生物的高温质子交换膜、聚苯并咪唑的复合型质子交换膜、新型芳基聚合物的高温质子交换膜,阐明聚合物的主链结构、官能团结构以及复合填料对高温质子交换膜性能的影响。在近期的研究报道中,提高膜性能的主要策略包括提升自由体积、建立交联结构、嵌段共聚、复合掺杂（ILs、MOFs、PIMs、MO_x）、阳离子官能团修饰等。文章指出,在未来的研究中应该加强对磷酸基高温质子交换膜质子传输通道结构的进一步理解,关注聚合物化学降解和物理性能衰败的原因,并开发更多的新型聚合物材料。     

质子交换膜燃料电池关键技术研究进展

简述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作原理及特点;综述了PEMFC关键技术的最新研究进展,包括质子交换膜合成、电催化剂制备、膜电极工艺及水管理和热控制;并简介了我国PEMFC的开发情况。     

质子交换膜燃料电池水传递模型

提出了用于研究质子交换膜燃料电池膜中水分布、水传递量分布、电流密度分布等的二维数学模型;系统地考察了电池温度、阴阳极压力差、增湿程度、质子膜厚度等条件对水的传递和膜中水分布的影响.计算结果表明:①阳极增湿能够提高气体进口段膜阳极侧水的含量;②使用越薄的质子膜,越能提高膜中水的含量;③阳极增湿程度越大,由阳极向阴极迁移的水量越多.     

燃料电池质子交换膜研究进展

质子交换膜作为燃料电池的关键材料之一,得到世界各国学者的广泛关注和深入研究,已先后研发出含氟高分子类、芳香烃聚合物类以及有机/无机杂化材料的质子交换膜.本文对燃料电池工作原理进行简要概述,并针对质子交换膜的应用前景及研究现状进行分析.     

质子交换膜燃料电池仿真模型研究进展

质子交换膜燃料电池具有高效清洁等优势,是一种潜力巨大的绿色能源技术。数学模型作为一种合理可靠的工具,通过模拟电池内部的电化学传热传质过程,研究运行参数和结构参数对电池性能和寿命的影响,可以指导电池的优化设计。本文综述了近年来燃料电池催化层、气体扩散层和流道的研究模型,整理了各部件建模的影响因素和优化方法,以期对燃料电池建模以及电池各部件的优化设计起到参考作用。文中指出,考虑到现在仿真存在的局限性,未来主要研究方向为燃料电池系统研究与机理模型的结合、催化层微观结构的建模、非贵金属催化剂建模、气体扩散层衰减模型研究、大面积流道模型、三维模型温度分布研究以及全尺寸质子交换膜燃料电池模型的开发。     

用于高温质子交换膜燃料电池的聚合物电解质膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池在降低燃料电池水热管理复杂性、催化剂中毒方面有明显优势;可改善电池阴阳两极尤其是阴极氧气还原反应的动力学特性,提高电池的效率。聚合物电解质膜作为关键材料之一,在高温时易失水导致质子传导率降低、机械强度和热稳定性不高等问题。本文基于磺酸、磷酸和离子液体等不同质子传递介质,对高温聚合物电解质膜进行综述,比较了各类聚合物电解质膜的优缺点及应用时存在的问题,着重探讨嵌段共聚物在高温聚合物电解质膜方面的潜在应用,指出离子液体的添加不但可作为质子载体,而且在构建嵌段聚合物结构方面可发挥"诱导剂"作用。提出通过分子设计可更好了解嵌段聚合物的空间构效关系,进而通过结构设计提高膜的质子传导性能和稳定性。     

用于质子交换膜燃料电池的高温无机质子传导材料研究进展

质子交换膜是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心部件，其主要作用是传导质子。无机质子传导材料作为一种新型的质子传导介质，近年来逐渐引起了人们的关注。本文主要介绍了小分子磷酸、无机沸石材料、固体酸和无机氧化物陶瓷材料等几种高温无机质子传导材料，并对它们的性能和特点进行了评述。主要结论如下：小分子磷酸质子传导率高，但是容易泄露；无机沸石材料化学稳定性好，但质子传导率尚有提高的空间；无机氧化物陶瓷材料力学性能和化学温度性能均很好，但质子传导率相对较低；固体酸质子传导率优异，高温稳定性也好，是最有希望在PEMFC中获得推广应用的材料。     

质子交换膜燃料电池研究进展

介绍了燃料电池的工作原理及目前世界上主要燃料电池的主要特性;综述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的主要基础研究进展;简单介绍了PEMFC关键部件的研究方向。     

燃料电池用质子交换膜

介绍了燃料电池用含氟质子交换膜的研究历程、应用、结构与性能的关系及当前针对性的改进,归纳了磺化碳氢聚合物、有机无机复合物、离子交联聚合物和无机固体酸等非氟质子交换膜的代表性研究,指出了各利非氟质子交换膜的优点和不足,对质子交换膜的发展做了相应的展望。     

质子交换膜燃料电池的研究进展

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效节能、工作稳定、环境友好的理想发电装置。质子交换膜是PEMFC的核心组成,是一种选择透过性膜,主要起传导质子、分割氧化剂与还原剂的作用。PEMFC用电催化剂主要为铂系电催化剂,为降低成本,提高铂的利用率和开发非铂系催化剂是今后催化剂研究的主要方向之一。对PEMFC电极的工作原理,关键组件及电池的水管理、热管理方法等作了综述。     

带增湿区的质子交换膜燃料电池

Water management is of great importance to maintain performance and durability of proton exchange membrane fuel cells. This paper presents a novel proton exchange membrane (PEM) fuel cell with a humidification zone in the membrane electrode assembly (MEA) of each cell, in which the moisture of the cathode exhaust gas could transfer through the membrane to humidify anode or cathode dry gas. With a simple model, the relative humidity (RH) of the dry air exhaust from a membrane humidifier with 100% RH stream as a counter flow is calculated to be 60.0%, which is very close to the experimental result (62.2%). Fuel cell performances with hydrogen humidifying, air humidifying and no humidifying are compared at 50, 60 and 70˚C and the results indicate that humidifying is necessary and the novel design with humidifying zone in MEA is effective to humidify dry reactants. The hydrogen humidifying shows better performance in short term, while water recovered is limited and the stability is not as good as air hu-midifying. It is recommended that both air and hydrogen should be humidified with proper design of the humidifying zones in MEA and plates.     

用于质子交换膜的高质子传导率聚合物研究进展

质子传导率超过Nafion膜的质子交换膜是近年来研究的焦点。质子交换膜的质子传导率与它们的IEC值和形态有关。形成离子通道是开发高质子传导率的质子交换膜的一种有效方法。形成离子通道主要有3种:1)用嵌段共聚物的微相分离;2)侧链和支链磺化的聚合物;3)局部区域的高密集磺化。此外,与无机纳米材料形成纳米复合材料的质子交换膜也能提高质子交换膜的质子传导率及质子交换膜的机械强度、尺寸稳定性、耐氧化稳定性等性能。综述了关于用于高质子传导率的燃料电池质子交换膜(PEM)的聚合物的研究进展。对高质子传导率的燃料电池膜聚合物的发展趋势进行了展望。     

Novel Polysilsesquioxane Hybrid Membranes for Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) Applications

Abstract

Novel polysilsesquioxane (R–Si–(O)_1.5) PEMs with highly cross-linked Si–O backbones and pendant organic side chains comprising propylsulfonic or ethylphosphonic acid groups, were prepared via sol-gel polymerization. The inorganic component provides thermal/mechanical/chemical stability while the organic component gives flexibility and proton-conducting properties. The propylsulfonic acid membranes exhibited proton conductivities (σ) up to 10^?2 S/cm at high relative humidities and temperatures, while the ethylphosphonic acid membranes showed lower proton conductivities but higher thermal stabilities. Preliminary results for the propylsulfonic acid membranes in direct methanol fuel cell (DMFC) performance are reported.     

质子交换膜燃料电池技术的发展及应用

概述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的发展历史和现状,并对其应用前景进行了展望;对质子交换膜燃料电池的膜、膜电极、电催化剂和双极板等关键技术进行了简要介绍。     

Performance Analysis Based on Sustainability Exergy Indicators of High-Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell

Based on finite-time thermodynamics, an irreversible high-temperature proton exchange membrane fuel cell (HT-PEMFC) model is developed, and the mathematical expressions of exergy efficiency, exergy destruction index (EDI), and exergy sustainability indicators (ESI) of HT-PEMFC are derived. According to HT-PEMFC model, the influences of thermodynamic irreversibility on exergy sustainability of HT-PEMFC are researched under different operating parameters that include operating temperatures, inlet pressure, and current density. The results show that the higher operating temperature and inlet pressure of HT-PEMFCs is beneficial to performance improvement. In addition, the single cell performance gradually decreases with increasing current density due to the presence of the irreversibility of HT-PEMFC.     

质子交换膜燃料电池电堆的动态热模型及其温度控制

A dynamic thermal transfer model of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack is developed based on energy conservation in order to reach better temperature control of PEMFC stack. Considering its uncertain parameters and disturbance, we propose a robust adaptive controller based on backstepping algorithm of Lyaponov function. Numerical simulations indicate the validity of the proposed controller.