转印法制备质子交换膜燃料电池膜电极组件

转印法是一种间接将催化层涂布在质子交换膜上的膜电极组件制备方法,其制备工艺简单,周期短,且制备过程中质子交换膜不与任何溶剂接触,有效避免了膜的溶胀问题。采用刮刀涂布技术,将催化剂浆料均匀地涂布于转印膜上,调节刮刀间隙与刮刀运行速度可有效地控制金属催化剂的载量。扫描电子显微镜法(SEM)测试表明转印后的催化层表面形貌完整、孔隙分布均匀,膜电极各组件之间结合紧密且厚度一致。将该工艺制备的膜电极组装成单电池,测试结果表明:在阴、阳极Pt载量分别为0.463、0.264 mg/cm2条件下,以空气作为阴极反应气体的单电池在常压下的最大功率密度可达0.75 W/cm2。     

PEMFC膜电极三合一组件的制备方法

对质子交换膜燃料电池的核心部件———膜电极三合一 (MEA )进行了评述。分析结果表明 :目前质子交换膜燃料电池的催化剂利用率最多 30 %左右 ,膜电极三合一组件的结构并未达到最佳设计。需要研制新的电极组份 ,优化膜电极的结构设计 ,开发适于大规模生产的制备技术。     

胶体法制备PEMFC催化剂的评述

胶体法可有效地控制催化剂颗粒的粒径,是制备高Pt负载量催化剂的有效方法.对近几年胶体法制备质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化剂的状况进行了评述.按稳定胶体的机理,胶体法可分为无保护剂法和有保护剂法.     

CCM技术制备PEMFC膜电极组件

分两个发展方向介绍了运用Catalyst Coated Membrane(CCM)技术制备质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件--膜电极组件(MEA)的发展历史和现状,并对CCM制备技术的新发展进行了概括,认为研究更简便、更合理的CCM制作技术和实现MEA制作的机械化与自动化将是未来的发展趋势.     

甲苯对PEMFC单电池性能的影响

环境空气质量对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能影响尤为明显,而挥发性有机物(VOCs)是不可忽视的大气污染物.甲苯是含量较高的VOCs之一(浓度通常为112.5～150.0μg/m3),通过不同浓度的甲苯对燃料电池性能影响的分析测试,初步分析了电池性能下降是因为甲苯在电池内的吸附导致了电荷传质电阻的增加,为进一步提...     

造孔剂对PEMFC膜电极性能的影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极的催化层中加入造孔剂以减小气体反应物的扩散传质阻力。提出了两种新型造孔剂,分别为低分解温度的NH_4HCO_3和高溶解度的(NH_4)_2SO_4。实验结果表明,加入适量的造孔剂NH_4HCO_3,可使膜电极在H2-空气条件下的输出功率获得显著提高;加入适量的造孔剂(NH_4)_2SO_4,可使膜电极大电流工作时的性能得到明显改善。环境扫描电镜(ESEM)的测试结果表明,造孔剂的加入使膜电极催化层的孔结构得到优化,更有利于传质过程的顺利进行和提高催化剂Pt的利用率。     

后处理温度对PEMFC电极耐久性的影响

通过于140、160、180、200、220℃在氮气保护下恒温加热的电极与对比电极相比,Pt粒径大小相近。采用电化学方法考察了它们的电化学性能以及电化学寿命。通过燃料电池测试平台测试了它们的单电池性能。结果表明,在相同的条件下,经氮气保护恒温加热的电极具有更好的电化学寿命,且随加热温度升高电化学寿命增长。而在180℃加热的电极不仅具有更均匀的分布,更好的电化学性能以及单电池性能,而且其电化学寿命也有明显的提高。     

CO对PEMFC性能影响研究

天然气、甲醇等碳氢化合物重整制氢作为燃料正在应用到质子交换膜燃料电池领域。为系统地研究重整气中CO对质子交换膜燃料电池性能的影响,采用热压法自制膜电极,研究了CO浓度、催化剂种类、操作温度、增湿操作等因素对质子交换膜燃料电池性能的影响。实验结果表明:20×10~(-6) CO浓度即能使电池性能显著下降60%~70%;Pt Ru/C催化剂对抗CO中毒的能力较Pt/C催化剂有明显提升,在100×10~(-6) CO浓度下能使性能提高70%;提高工作温度能有效地改善阳极CO中毒状况,在50×10~(-6) CO浓度并加湿的条件下,当操作温度从80℃提高到120℃时电池性能可增加一倍。同时增湿操作有利于改进电池在低浓度CO下的发电性能。     

PEMFC组件CCHM电极的制备与性能

CCHM(Catalyst Coated Hydrophobic membrane)是将催化剂涂覆在疏水膜上制备膜电极的一种新的制备模式,它具备了传统工艺CCM的优点,同时克服了制备CCM引起的膜变形的缺点,更加便于工业化的生产.研究了CCHM模式制备的电池电性能和稳定性,并与其它制备模式制备的电池电性能进行了比较,CCHM模式制备的电池电性能在600 mA/cm2下为0.63 V,与CCM模式制备的电池性能相近.电池的稳定性需要进一步提高.     

不同温度下磁场对PEMFC的工作性能影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极侧垂直加载410 mT磁场,考察不同气体温度下磁场对PEMFC工作性能的影响。结果发现:PEMFC在加载磁场后的工作性能优于不加载磁场的电池性能,当工作温度为45℃时,磁场提升PEMFC功率密度最大,达到14.4%。当PEMFC阳极侧和阴极侧采用不同温度条件时,加载磁场后PEMFC的工作性能提升幅度有很大不同,不加磁场时,氢气侧65℃、氧气侧45℃时的极化曲线斜率比氢气侧45℃、氧气侧65℃时的大很多,但加载磁场后,两者之间的斜率差缩小,表明磁场对电池内部氧气传质影响大于对氢气的影响。     

水热法制备质子交换膜燃料电池阴极Pt/C催化剂

采用硫代乙酰胺(TAA)为沉淀剂,水热法合成40%Pt/C质子交换膜燃料电池阴极催化剂,通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)考察了Pt/C催化剂的物理性能,并利用循环伏安法(CV)分析了催化剂的电化学活性,采用旋转圆盘电极(RDE)评价了催化剂的氧还原催化活性。实验表明水热硫化物沉淀法合成催化剂受反应pH值、氯铂酸与沉淀剂硫代乙酰胺的配比、H2热处理等制备条件的影响,制得的Pt/C催化剂粒径小(平均粒径3nm左右)并且分布均匀,催化性能较好。     

用EIS研究PEMFC膜电极的活化机理

为使质子交换膜燃料电池的膜电极达到和发挥其最佳性能,对其进行活化是一种有效方法,变流强制活化对提高膜电极的电化学性能比较理想。用电化学阻抗谱(EIS)对膜电极活化过程机理的研究表明,氧电极在活化过程中电化学反应电阻大大降低,氢电极和氧电极的双电层电容均显著增大,活化过程大大增加了膜电极的电极有效面积,有利于膜电极性能的提高。     

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.     

质子交换膜燃料电池核心组件研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池的组成和各组件在电堆中所起的作用。综述了不同类型质子交换膜的性能和特点;简述了铂系催化剂的研究现状和双极板材料的发展情况;分析了膜电极制备技术和双极板不同流场的设计。预测了质子交换膜燃料电池核心组件的发展方向和前景。     

不同空间磁场分布对PEMFC工作性能的影响

通过在质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极侧分别垂直加载不同均匀度(南北极交替面、同一北极面)的同心圆磁场和不同梯度降的矩形单磁体与复合磁体,以此考察不同均匀度与不同磁场梯度降的磁场对PEMFC工作性能的影响。结果发现,在PEMFC阳极侧加载不同均匀度的磁场,都能不同程度地提高PEMFC的工作性能。当阳极侧垂直加载南北极交替的同心圆磁场时,PEMFC输出功率密度最好,达到69.71 mW/cm~2,功率密度提升百分比为7.9%,同一北极面磁场下的电池性能次之;当PEMFC置于不同梯度降(单磁体、复合磁体)磁场下时,其置于磁场梯度降大的复合磁体下的PEMFC输出功率密度较大,可以达到69.5 mW/cm~2,功率密度提升百分比为7.5%。     

质子交换膜燃料池催化剂的研究进展

质子交换膜燃料电池由于具有独特的优点而受到世界各发达国家的重视。其电催化层是多孔扩散膜电极的一部分，也是质子交换膜燃料电池研究和开发的技术关键。章综述了质子交换膜燃料电池电催化剂近期研究进展和未来研究展望。     

PEMFC阴极催化剂位置与氧气传质

通过对PEMFC阴极活性层中反应气体(O2)的二维传质过程和电化学反应的数学模拟,研究了催化剂位置对O2传质的影响。结果表明:O2在电解质中的扩散阻力主要由O2较小的溶解度,特别是极低的扩散系数所致。催化剂位置与O2扩散阻力密切相关。少量部分被电解质覆盖的催化剂具有最好的O2传质能力,在扩散控制条件下,对整个阴极活性层性能的贡献可超过50%。大量完全被电解质覆盖的催化剂是改善活性层性能的关键。