质子交换膜燃料电池双极板研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一,在燃料电池中主要起分隔氧化剂与还原剂、使生成的水顺利排出、分隔电池堆中的每个电池和收集输送电流的作用。质子交换膜燃料电池双极板的成本与性能对推进燃料电池的产业化进程有很大影响。双极板材料主要有无孔石墨材料、金属或合金材料以及各种复合材料,针对这些双极板材料的优缺点进行了比较。流场设计目前采用较多的是蛇形流场,其它的还有网格状流场、叉指形和肺形等。     

一种浸渍燃料电池用石墨双极板的新方法

石墨板虽然具有良好的导电、导热以及耐腐蚀等性能,但在制造过程中不可避免地产生气孔,含有气孔的石墨板作为质子交换膜燃料电池双极板会使H2和O2互相渗透,降低电池性能。采用真空加压方法以硅酸钠浓溶液浸渍石墨双极板,然后加酸加热使之转变为SiO2,使石墨板气孔率由18.2%降低至3.3%以下,在0.3MPaH2压力下不透气。经硅酸钠溶液浸渍后的石墨板电阻没有增加,而用其做的石墨双极板使电池性能在同样电流密度下约增加40mV以上。浸渍工艺保证了燃料电池的性能。     

PEM燃料电池迷宫流场双极板的电化学性能研究

双极板流场结构对质子交换膜PEM(proton exchange membrane)燃料电池的电化学性能至关重要。基于双极板的工作原理和有限元分析FEA(finite element analysis)理论,设计了一种用于PEM燃料电池的新型迷宫流场结构双极板,通过建立包括质子交换膜、催化层、气体扩散层、迷宫流场结构双极板和流道在内的完整PEM燃料电池的三维模型并进行数值分析,研究具有该迷宫流道结构双极板PEM燃料电池的电化学性能。此外,还制备了具有该迷宫结构的石墨双极板试样并进行电化学性能实验。研究结果表明,在保持PEM燃料电池其他参数一致时,具有迷宫流场双极板的PEM燃料电池有较大的功率密度,其最大值为520.283 mA/cm2,实验结果与模拟结果一致,验证了数值模拟的可靠性。     

乙烯基酯树脂/膨胀石墨燃料电池复合双极板

采用真空浸渍结合模压的方法,选取乙烯基酯树脂(VE)和膨胀石墨(EG)板材为原料制备复合双极板。考察了微观结构以及成型压力对双极板材料的导电性能、密封性能、机械性能以及表面亲/憎水性的影响。结果表明:随着成型压力的增加,双极板的电阻下降;双极板的气体密封性优异,其渗透率低于2×10-6cm~3/(S·cm~2),相对于原始EG板材降低了3个数量级;复合双极板有很高的表面能,与水的接触角均大于90°,这有利于电池内部液态水的排出。此外还研究了双极板在模拟燃料电池环境下的腐蚀行为,并利用性能最优的复合双极板组装成单电池,进行性能测试,当电流密度达到1500 mA/cm~2时,其功率密度可达到最大值670 mW/cm~2。并且经200h运行后,电池性能仍然稳定。因此,乙烯基酯树脂/膨胀石墨复合材料是一种有前景的双极板材料。     

微型燃料电池双极板的研究现状

为了满足便携式设备电源高耗能、低污染的需求,关于微型燃料电池的应用研究也日益增多。双极板作为微型燃料电池关键部件之一,其质量占电池总质量的70%~80%,成本占电池成本的40%~50%。综述了微型燃料电池双极板的流场结构、微流场加工工艺和极板材料的研究现状,重点叙述了流场结构、流场加工工艺和极板材料的优缺点,并指出了亟待解决的问题。对降低双极板质量和成本、提高微型燃料电池运行效率的研究具有指导性意义。     

质子交换膜燃料电池双极板的材料与制备

双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一,不但影响电池的性能,而且影响电池的成本,成为燃料电池产业化的瓶颈。目前主要集中在金属板和石墨板两种材料上,而这两种材料各有优缺点。综述了各种双极板制备方法及处理方法,提出复合双极板将是未来发展的方向。     

质子交换膜燃料电池电动自行车

报道了大连新源动力股份有限公司研制的质子交换膜燃料电池电动自行车的各项技术指标,以及电动自行车用常压空气质子交换膜燃料电池的膜电极组件和电池堆的性能。指出常压操作质子交换膜燃料电池应采用薄的电解质膜(如Nafion 112)以减小欧姆极化和促进膜内水平衡;在无增湿条件下,电池操作温度不应高于50 ℃,以防止膜内水蒸发引起燃料电池无法稳定工作;金属双极板和石墨双极板各有利弊,选用取决于电池堆产量和电极工作面积,金属板在批量生产条件下成本较低,在工作面积较大时散热比石墨双极板好。     

质子交换膜燃料电池流道设计

质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源.双极板(流场板)是质子交换膜燃料电池的重要部件,其质量占电池堆60%以上.流场板上的流道设计对电池性能、运行效率和制造成本有很大影响.系统地综述了现有的流道设计,剖析了流道的功能及其对电池性能的影响,并在此基础上讨论了流道设计的发展趋势.     

PEMFC双极板流场结构研究现状

双极板作为燃料电池的核心部件,在燃料电池中,起到了分配气体、导电、导热、排水等重要作用,而其性能很大程度取决于流场结构。结合国内外相关流场专利和文献,概述了传统及新型流场板的结构特征及其优缺点,并从进出口的排布,过渡区和反应区的结构设计等总结了近几年双极板整体设计的趋势,以期对流场板及电堆的设计起到参考作用。     

质子交换膜燃料电池模压石墨双极板研究

双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要部件之一,对于PEMFC的性能和成本都有很大的影响,是其商业化必须解决的问题之一。选用高分子双酚A型环氧树脂及线型酚醛树脂和导电材料膨胀石墨制作复合材料,将复合材料采用模压制作双极板。通过对极板的电阻、强度、致密性等指标的考查,提出了树脂含量、板密度的优选条件,并对所制作的双极板组装成的电池进行了测试,结果表明:电池性能及稳定性方面都能满足要求。     

风冷金属双极板燃料电池冷启动性能研究

风冷金属双极板质子交换膜燃料电池因其结构简单,响应快等特点,广泛应用在便携式电源上,冷启动是制约风冷金属双极板燃料电池商业发展的一个重要影响因素.提出了一种在风冷金属双极板燃料电池阴极流道铺设电阻丝预热冷启动方案.结果表明:通过电阻丝加热,电池在3 min之内从-40℃升温至冰点以上.采用交叉布置方式的电热丝热量利用效率高,加密单层电热丝铺设数量以及加密端板附近的电热丝铺设层数均对电堆整体温升均匀性有重要意义.     

风冷金属双极板燃料电池冷启动性能研究

风冷金属双极板质子交换膜燃料电池因其结构简单,响应快等特点,广泛应用在便携式电源上,冷启动是制约风冷金属双极板燃料电池商业发展的一个重要影响因素.提出了一种在风冷金属双极板燃料电池阴极流道铺设电阻丝预热冷启动方案.结果表明:通过电阻丝加热,电池在3 min之内从-40℃升温至冰点以上.采用交叉布置方式的电热丝热量利用效率高,加密单层电热丝铺设数量以及加密端板附近的电热丝铺设层数均对电堆整体温升均匀性有重要意义.     

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。     

燃料电池模压膨胀石墨/树脂复合双极板研究

综述了用于质子交换膜燃料电池的模压膨胀石墨/树脂复合双极板的树脂选型以及膨胀石墨:树脂的配比对双极板性能的影响,所选树脂除了要能保证双极板的较高机械强度和气密性外,还要有利于低成本化的模压生产,才能有效地促进燃料电池的发展,推动其商业化.为了弥补双极板加入树脂后带来的电导率下降的问题,还需加入碳纤维、碳纳米管等辅助导电填料.此外,模压工艺及参数的选择与确定对双极板的性能也有直接影响.     

质子交换膜燃料电池复合双极板材料研究

以热塑性树脂聚苯硫醚(PPS)、中间相碳微球(MCMB)为主要原料,采用模压工艺制备了质子交换膜燃料电池用复合双极板。考察了树脂含量、成型时间及活性炭、碳纤维对双极板性能的影响,并对所制得双极板的截断面进行了形貌分析(SEM)。研究表明树脂质量分数为20%时,双极板综合性能达到最佳;双极板的成型时间不应少于30min;添加活性炭会使双极板性能下降,添加碳纤维有利于双极板各项性能的提高。通过经济分析提出,所开发的双极板材料可以减小燃料电池的成本。     

渐扩型流场PEM燃料电池性能影响研究

流场板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要部件之一。本文设计了一种流道渐扩型的流场板,组装了25cm2的单电池,并运用燃料电池测试系统测得该流场的燃料电池的极化曲线和电池内阻等性能参数,研究了气体加湿度以及电池安放角度对渐扩型流场的燃料电池性能的影响。研究结果表明:在气体100%加湿条件下电池能够获得最好性能,随着重力角度的增大,燃料电池竖立放置时性能最优,而燃料电池平放时性能最差。     

质子交换膜燃料电池金属双极板研究

通过对金属材料在腐蚀测试池和实际电池中电化学性能和接触电阻性能的对比研究,优选出一种表面无须处理、耐腐蚀性能与石墨相当的镍-铁-铬合金双极板材料。该合金材料加工的双极板装配成质子交换膜燃料电池后,在电流密度600A·cm-2放电时,额定工作电压达到0.72V,经过累积近300h的测试,性能没有出现明显衰减,表明其可直接在质子交换膜燃料电池环境下稳定工作。     

熔融碳酸盐燃料电池发电试验研究

概述了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的结构和关键部件的功能及制备方法,组装了200mm×200 mm的MCFC单电池,电流密度最高可达到0.1 A/cm2。在单电池试验成功的基础上,设计加工了560 mm×400 mm的MCFC双极板,并组装了300 W的电池堆,电池堆最高电压3.3 V,平均电压2.8 V,最大电流达到120 A,最大功率达到200W。试验结果验证了所设计的大面积双极板的性能,为研制10 kW级MCFC提供了经验。     

渐扩型流场PEM燃料电池性能影响研究

流场板是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的重要部件之一。本文设计了一种流道渐扩型的流场板,组装了25cm^2的单电池,并运用燃料电池测试系统测得该流场的燃料电池的极化曲线和电池内阻等性能参数,研究了气体加湿度以及电池安放角度对渐扩型流场的燃料电池性能的影响。研究结果表明：在气体100％加湿条件下电池能够获得最好性能,随着重力角度的增大,燃料电池竖立放置时性能最优,而燃料电池平放时性能最差。     

聚合物膜燃料电池NG/PF复合双极板研究

以热塑性酚醛树脂(PF树脂)、天然鳞片石墨(NG)为主要原料,采用模压工艺制备了NG/PF复合双极板。考察了不同PF质量百分含量以及不同模压压力对双极板性能的影响。研究发现当PF质量百分含量为10%、模压压力为70MPa时,制得双极板的综合性能最佳,而且可很好满足聚合物膜燃料电池双极板要求。