21世纪先进氢能载体材料产业化前景—质子交换膜燃料电池（PEMFC）最佳氢燃料源

20世纪60年代,美国首先将质子交换膜燃料电池（PEMFC）用于双子星座航天飞行。1983年加拿大国防部投资支持巴拉德动力（Ballard Power）公司研究PEMFC。目前,这种PEMFC的质量比功率和体积比功率已分别达到700W/kg、1000W/L,成为电动车（EVs）和潜艇不依赖空气推进（AIP）的最佳动力源。业已证明,以PEMFC为动力的电动车性能完全可以与内燃机汽车相媲美;PEMFC动力是常规潜艇AIP的21世纪发展方向。     

氢能的研究进展

随着可再生能源和生物制氢在氢源的开发、制氢源的开发和制氢技术中的不断拓展,高密度固体储氢材料的进一步研发,以及受燃料电池研究的驱动,氢能系统已经成为洁净能源研究的热点。综述了氢能系统中氢源的开发和制氢、储氢、输氢以及氢能利用5个技术领域的最新研究进展,旨在明确这些技术领域研究中的关键问题及主要研究方向。     

国家燃料电池发动机及氢源成套技术发展计划启动

中国科学院启动科技创新战略行动计划重大项目——大功率质子交换膜燃料电池发动机及氢源技术。这项世界前沿的技术将有助于我国早日进入氢能时代。     

氢能创新性研究及其国际产业发展战略

氢能作为一种储量丰富、 零碳排放、 能量密度大且转化效率高的绿色能源,其开发利用受到了广泛的重视.阐述了氢的制备新方法、 储氢新技术以及氢能在燃料电池应用方面的创新性研究,对今后氢能领域的发展方向进行了展望.采用可再生能源制氢或光催化水分解制氢,再通过燃料电池将其转变成电能,有望解决环境污染、 资源短缺问题.并对202...     

高容量储氢材料的研究进展

高容量储氢材料在燃料电池和储热等方面有着良好的潜在应用.从高体积密度(kg/m3)和高储氢质量分数两个方面综述了高容量储氢材料的国内外研究近况.从材料组成、制备工艺、材料的组织结构以及催化剂应用等方面重点评述了Mg2FeH6、LiBH4、NaBH4、LiAlH4、NaAlH4等储氢材料的研究进展,指出高容量储氢材料今后中长期研究的重点是NaAlH4、Mg2 FeH6等络合氢化物以及催化剂.     

Pt-Ir合金化提高PEMFC中纯铂催化剂的催化活性和稳定性

采用乙二醇为还原剂的液相还原法和后续热处理途径制备了Pt/Ir原子比1∶1的Pt-Ir合金催化剂,利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、电感耦合等离子体质谱(ICP)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对合金催化剂的形貌和结构进行了表征,并采用循环伏安法(CV)、线性电势扫描(LSV)等电化学方法评价了它们的电催化活性和稳定性。结果表明,经过400℃热处理的Pt-Ir/CNC-400催化剂表现出了高于商业JM催化剂的电催化性能和稳定性。其原因主要在于,Pt-Ir纳米颗粒的合金化作用使颗粒表面的电子结构和组成发生了变化,更有利于提高催化剂的催化活性。     

PEMFC Pt-WO3/C电催化剂的制备与性能表征

以VulcanXC-72碳作为催化荆载体,采用分步化学沉积方法制备了碳黑担载的Pt-WO3电催化剂.通过XRD、循环伏安等物理和电化学手段对催化剂样品进行了测试和表征,结果表明该催化剂具有更高的氧还原起始电位和峰值电位,表现出良好的电催化氧还原性能,可作为质子交换膜燃料电池阴极氧还原的电催化剂.     

碳纳米管沉积铂和钌对PEMFC抗CO中毒能力的影响

通过催化裂解法制备了碳纳米管,对其进行氧化处理后,在其表面沉积了分布均匀、尺寸呈纳米级的铂和铂/钌颗粒.实验结果表明,当采用碳纳米管沉积铂为催化剂时,质子交换膜燃料电池的催化剂铂很容易受CO的毒化而失去活性,从而使电池的电压随电流密度的降低而迅速降低;当采用碳纳米管沉积铂/钌为催化剂时,钌能够使铂表面吸附的CO被氧化为CO₂,增加催化剂对CO的抵抗能力,使燃料电池的性能提高.     

PEMFC聚合物/填料复合材料双极板的研究进展

质子交换膜燃料电池具有高效环保、经济安全、比能量和比功率高、启动快、寿命长等优点,受到各国政府和大公司的广泛关注。双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件之一,直接影响到电池组的性能和成本,降低双极板的成本已经成为PEMFC产业化的关键因素之一。综述了聚合物/填料复合材料双极板的研究进展,介绍了聚合物/石墨,聚合物/中间相碳微球(MCMB),聚合物/其它填料等聚合物/填料复合材料双极板原料及制备方法,并提出了燃料电池双极板的发展趋势。目前,聚合物/填料双极板的研究重点是选用合适的高分子聚合物和导电填料,改善复合时聚合物和填料的加工性能,在导电填料尽可能少的情况下,保证双极板的高导电性和力学强度等。     

人防地下工程PEMFC电站储氢方案的选择

PEMFC发动机除了应用于氢能汽车外,还可以应用于地下PEMFC电站。选择适当的储氢方案,对于电站稳定运行具有重大意义。分析了PEMFC电站储氢的特点,计算了储氢量,综合比较各种储氢方案的优劣,认为金属氢化物用于人防工程PEMFC电站储氢最适合。     

车用燃料电池在线故障诊断及处理方法

针对车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)在运行过程中由于水管理和热管理不当导致的水淹和膜脱水故障的问题,提出了一种燃料电池在线故障诊断方法.通过实验研究了水淹和膜脱水发生过程中燃料电池堆参数的变化,发现燃料电池水淹发生过程中氢气侧压力降会比正常情况下的值大并具有可分辨性,在燃料电池膜脱水的情况下,燃料电池的欧姆阻抗明显增大,据此建立了结合压力降预警水淹和阻抗诊断缺水的燃料电池在线故障诊断方法,并给出了通过热管理手段自动解决故障的方法,从而可增强燃料电池运行的可靠性.     

PEMFC膜电极电催化层的制备和性能

膜电极催化层的组成和电催化剂的活性对质子交换膜燃料电池的性能有很大影响．采用浸渍还原法制备出了Pt平均粒径为3．1nm的Pt／C催化剂．催化剂中Pt的粒径和在碳黑载体（VulcanXC-72）表面的分散程度采用透射电镜（TEM）进行测试．用Pt／C催化剂、适量的Nation溶液和PrFE乳液制备出质子交换膜燃料电池（PEMFc）膜电极的催化剂层,并研究了该催化剂层中PTFE含量对其性能的影响．实验表明,PTFE强烈的疏水性可以迫使部分水分向阳极反扩散,催化层中加入适量的PTFE可以使膜电极具有一定的水管理能力,在去掉辅助增湿系统的条件下具有良好的极化性能．     

纳米碳管储氢实验和机理研究

本文简要回顾了储氢材料研究的发展情况 ,主要介绍了纳米碳管储氢的实验进展。作者对纳米碳管储氢的机理方面进行了初步探讨 ,针对单壁纳米碳管 ,提出了一种解离凝聚机制     

Ni/AC膜电极-铝合金储氢电池的研究

采用化学还原法制备了以椰壳活性炭(AC)为载体的Ni/AC电催化剂. 将Ni/AC电催化剂制作成膜电极, 与铝合金一起组成了一种全新概念的高效、安全、廉价的Ni/AC膜电极-铝合金储氢电池. 运用SEM和XRD 对Ni/AC电催化剂的形貌和结构进行了分析, 通过稳态极化曲线研究了Ni/AC膜电极在中性电解液中的电催化活性, 将Ni/AC膜电极与铝合金组装成的模拟电池进行了恒流放电实验以研究其产氢量和放电性能. 结果表明, 镍在活性炭上的负载量为50%时, 活性炭上沉积的镍颗粒最小; 采用镍负载量为50%的Ni/AC电催化剂的Ni/AC膜电极的电催化活性最高, 将其作为正极的储氢电池不仅放电性能好, 产氢量也大.     

固体储氢材料的研究进展

论述了目前几种主要固体储氢材料的研究进展,包括金属基合金材料(镁系合金、稀土系合金、钛系合金和锆系合金)、碳基材料(活性炭、石墨纳米纤维、碳纳米纤维和碳纳米管)、玻璃微球、配合物以及金属有机框架物。通过比较各种材料储氢的机理与方式、吸放氢的温度与压力、循环寿命,分析了其优缺点,并展望了固体储氢材料未来的发展趋势,认为开发安全稳定高效的复合储氢材料、实现固体储氢材料的工业化制备是未来储氢材料研究的新方向。     

离子液体在聚合物质子导电材料中的应用研究进展

以Nafion为代表的全氟磺酸水化膜是目前聚合物电解质膜燃料电池(PEMFCs)中最常用的质子交换膜(PEM),但此类膜的质子导电性能强烈依赖于水,由水的冻结或蒸发会使其失去质子导电性能。离子液体具有接近零的蒸汽压、低熔点、较宽的电化学窗口,将离子液体引入PEM体系可望大大扩展PEM的工作温度范围,提高其电导率。文中对近年来离子液体在聚合物质子导电材料中的应用进行了综述,并对其研究发展前景作了展望。     

Mg-Ni储氢合金箔的制备及储氢性能研究

根据机械合金化和界面固相扩散反应的基本原理,开创性地提出了机械碾压法加化学镀配料加氢化燃烧合成的三步合成工艺,制备出高容量的Mg-Ni储氢合金.研究表明,气相燃烧过程中的温度、压力及保温时间对燃烧产物的组成有较大的影响,通过对反应过程的分析得出了合成Mg-Ni合金箔的反应机理.热分析测试表明所得Mg-Ni合金箔在220℃放氢,放氢量为2.6wt%.