PEMFC的自增湿膜电极结构和性能研究

设计并制作了一种新结构的质子交换膜燃料电池(PEMFC)自增湿膜电极。其特点是在催化层和扩散层之间建立水管理层(WML),WML由不同质量比的炭黑和聚四氟乙烯(PTFE)组成双层结构。为了减小气体反应物的扩散传质阻力,在WML的制作过程中加入了具有高分解温度和高溶解度的(NH4)2SO4造孔剂。用单体PEMFC的电流密度-电压曲线评价了膜电极在外增湿和自增湿方式下的极化特性;用环境扫描电子显微镜(ESEM)表征了膜电极的表面形貌和孔结构。实验结果表明,所制备的膜电极具有良好的水管理能力,在较宽的电流区域内具有良好的电化学性能。     

质子交换膜燃料电池的自增湿研究

通过分析质子交换膜燃料电池中的水迁移方式,提出了燃料电池增湿的必要性,介绍了目前正在研究应用的自增湿技术的研究现状,指出自增湿技术是未来质子交换膜燃料电池增湿技术的发展方向,具有很好的研究前景。     

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.     

PEMFC空气膜增湿系统的性能

建立了质子交换膜燃料电池(PEMFC)和膜增湿器一维性能分析模型,模拟了空气流量、压力和温度等条件对PEM FC及膜增湿器性能的影响,模拟结果与实验数据吻合良好.根据模型对PEMFC膜增湿系统的非稳态性能进行了预测.空气进气温度的动态响应特性对膜内水含量梯度的影响显著,对膜内水的扩散系数几乎无影响.     

PEMFC阴极面带增湿槽道的模拟分析

对阴极面为带增湿槽道流场的单电池使用FLUENT软件建立了一个完整的三维数学模型。通过耦合气体控制方程、电化学反应Butler-Volmer方程、膜中水传递方程和水的相变方程,以及分析膜的水含量、阴极催化层水浓度、氧气浓度和膜中电流密度分布;结果表明,最后得到增湿槽道在实现阴极增湿的同时损失了其对应的活性面积。     

空冷自增湿PEMFC测试平台设计

为便于对空冷自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能测试及控制算法设计,基于工控机、Lab VIEW及USB数据采集模块设计了一种通用开放式空冷自增湿PEMFC测试平台,用于对空冷自增湿PEMFC性能测试及控制算法设计与验证。测试平台通过USB数据采集模块采集PEMFC电堆的温度、输出电流、输出电压等参数,实时显示电堆当前状态参数曲线,并输出相应控制信号控制电堆稳定运行。经实验验证,该测试平台运行可靠,监控性能良好,实用性强,为研究空冷自增湿PEMFC的性能与控制算法设计提供了开放式测试平台,具有很高的实用价值。     

阳极封闭式自增湿质子交换膜燃料电池--水分布及其性能

针对阳极封闭式自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC),建立了Nafion固体电解质膜中水传递理论模型,并得出了PEMFC实现自增湿的判据.模拟了Nafion固体电解质膜厚、电池压差、电池温度及电流密度等因素对膜中水分布与电渗系数的影响,并发现了阴阳两极压差、电池温度对膜中水分布的影响随放电电流密度变化的规律.通过非对称式膜电极(MEA)的方法自制了自增湿PEMFC,实现了阳极封闭式自增湿操作,电池性能非常稳定,最高功率密度可达到1.3W/cm2以上.建立的水分布与电性能模型很好地拟合了实验放电曲线,并得到了自增湿PEMFC氧电极动力学参数,模拟出了阴阳两极压差、温度对电性能影响的极化曲线,得到了实验的证实.     

PEMFC用氢-空自增湿MEA的性能

采用流延法重铸Pt掺杂的Pt-PSFA复合膜,组装了常压氢-空自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC)。通过对催化剂层载量、平整层载量的优化,利用催化剂涂覆膜(CCM)技术制备了性能稳定的自增湿膜电极组件(MEA)。在常压、操作温度为60℃、干燥反应气的条件下,Pt-PSFA复合膜组装的PEMFC的最大功率密度为448 mW/cm2。MEA的活性面积从6.25 cm2增大到25 cm2,PEMFC的性能几乎没有衰减。     

PEMFC净水传递研究

水传递是质子交换膜燃料电池水管理的基础.采用活性面积为390 cm2的分体式集成电堆对Nafion112膜净水传递规律进行研究,发现Nafion112膜从阳极向阴极方向的净水传递系数随着电流密度、温度、阴极和阳极压差或压力的升高而不同程度地降低;在干氢气下操作时,电池电化学反应产物水向阳极净水传递,并随干氢气流量的增加而增大.     

小型自呼吸式PEMFC的研制

研制了一种小型六单体串联自呼吸式质子交换膜燃料电池(PEMFC),阳极采用串联供氢,阴极采用自呼吸式供空气.在300 mA、500 mA下长时间工作时,PEMFC的性能稳定,各单体电池的工作电压较均一.     

车用质子交换膜燃料电池低温起动研究进展

燃料电池系统不能在零摄氏度以下的环境中正常起动是阻碍燃料电池汽车商业化的主要障碍之一。对国内外质子交换膜燃料电池低温起动的研究进展做了概括。介绍了低温环境对燃料电池的使用以及对零部件和膜电极(MEA)的影响。介绍了燃料电池低温起动仿真研究使用的主要物理模型。对已经获得专利的燃料电池低温起动策略和方法做了分类,并比较了不同起动策略的优点和缺点。提出了未来燃料电池低温起动研究的方向和重点。     

PEMFC膜电极材料退化的研究进展

对质子交换膜燃料电池膜电极材料的退化行为、降解机理和影响因素进行了综述,认为膜的退化主要原因是:高分子的分解导致膜的电导率下降和膜出现小孔对反应原料渗透.催化层的退化,是由C载体的腐蚀和Pt的电迁移所致.     

PEMFC金属双极板研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池的核心部件之一,占电池组大部分质量和成本,具有隔离并均匀分配反应气体、收集并导出电流、串联各单电池等功能.金属双极板具有导电导热性能好、资源丰富、强度高、阻气性好以及易加工等优点,被认为是质子交换膜燃料电池商品化的必然选择.综述了现阶段金属双极板的材料、制备方法和性能评价方法,指出了相关研究领域的发展方向.     

PEMFC热管理的研究进展

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行热量平衡计算,就热量的传递、综合利用,燃料电池热电联供技术,进行了阐述.对PEMFC热管理的数值模拟进展进行了综述,指出热管理数值模拟正逐步向三维数值模拟方向发展;完备的数值模拟将为PEMFC的热管理奠定良好的理论基础.     

炭气凝胶作为PEMFC电催化剂载体的研究进展

炭气凝胶具有高多孔性、导电性和比表面积.讨论了炭气凝胶制备过程中催化剂、金属原子等因素对其结构和性能的影响;综述了以炭气凝胶为载体的电催化剂的制备方法及其催化性能,并指出目前存在的问题及发展方向.     

PEMFC用陶瓷电催化材料的研究进展

综述了简单陶瓷催化材料、含氮碳陶瓷催化材料等用作质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化材料的研究现状,特别是它们的氧还原电催化活性.提出了提高陶瓷电催化材料电催化氧化活性的方法:简单陶瓷催化材料主要为掺加导电材料和部分氧化;含氮碳陶瓷催化材料主要为增加催化材料中的缺陷含量.     

质子交换膜燃料电池启停衰减的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的耐久性和寿命是制约其商业化发展的重要因素。车载燃料电池不可避免的要经历频繁启停的工况,因此,在启停过程中,电池的性能衰减问题更加突出。综述了近几年来,对启停循环中燃料电池性能衰减的研究,以及关于如何防止电池性能衰减的探讨,最后对如何有效地减少PEMFC的衰减提出了意见和建议。     

PEMFC发动机热管理与冷启动研究进展

综述近年来质子交换膜燃料电池(PEMFC)发动机的热管理和冷启动研究进展。包括空气冷却、相变冷却和液体冷却等3种冷却形式;比例-积分-微分控制(PID)和模糊控制等热管理策略;内部加热、外部加热和停机吹扫等3种冷启动措施。阐述各方法的工作机理并进行比较分析,展望热管理和冷启动的发展趋势。     

PEM燃料电池双极板流场结构研究进展

双极板在质子交换膜燃料电池中起着分配反应气体、导电、导热及使水、气安全顺利排出等功能,流场结构构成了双极板最主要的特征。综述了相关文献和专利,介绍了典型的燃料电池流场结构及基于此种流场的改进流场,并对新型流场做了介绍,为质子交换膜燃料电池流场的设计、性能的研究提供参考。