多孔纳米碳纤维作为质子交换膜燃料电池微孔层的性能

质子交换膜燃料电池膜电极中的微孔层结构对改善体系的水管理能力,提升膜电极的整体性能发挥重要作用。本文通过静电纺丝和后续热处理的方法制备了多孔纳米碳纤维（PCNF）,并以此构建膜电极的微孔层。与炭黑颗粒作为微孔层呈现出紧密堆积结构不同,由PCNF搭建的微孔层结构疏松呈现三维贯通状。膜电极的发电测试表明,以多孔纳米碳纤维作为微孔层（MPL-PCNF）的膜电极其最大功率密度达70.0mW/cm²,远高于炭黑颗粒为微孔层（MPL-CB）的膜电极（58.1mW/cm²）,而没有微孔层（Ref）结构的膜电极最大功率密度仅为27.7mW/cm²,显示出PCNF作为微孔层材料的明显优势。     

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。     

质子交换膜燃料电池膜电极结构与设计研究进展

膜电极（MEA）为质子交换膜燃料电池（PEMFC）提供了电子、质子、反应气体和产物水等多相物质传递和电化学反应的重要场所。设计和制备具有优异特性的MEA对提高PEMFC的性能,降低制造成本,加快其商业化应用是至关重要的。本文首先对PEMFC的反应机理进行了分析,接着从气体扩散层（GDL）、催化层（CL）、质子交换膜构造（PEM）3个方面阐述各部件在MEA中的作用,归纳总结了各部件的制备方法、传热传质方式、仿真模型、构效关系以及优缺点,最后对影响MEA的各种因素进行了总结,并且结合目前涌现出的许多新兴技术对PEMFC的发展进行了展望。本综述对未来高性能、长寿命和低成本的MEA开发具有指导意义。     

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。     

乙烷质子交换膜燃料电池的研究

研究了以乙烷作为燃料、全氟磺酸高分子膜(Nafion膜)作为质子交换膜、Pt或Pt-Ru作为电极催化剂主要组分、并通过掺杂Nafion膜作为电极内的离子导体构成的燃料电池电化学性能.研究了两种电极催化剂:Pt与Pt-Ru复合催化剂的制备及构成的单电池在不同温度及运行时间下的电化学性能.温度增加,电池性能变好;运行时间增加,电池性能下降,在相同的温度与运行时间下,Pt-Ru复合催化剂构成的电池比Pt催化剂构成的电池极化小.通过分析电极反应产物,探讨了乙烷电极及电池的反应机理.结构为C2H6,( Pt-Ru+膜材料复合阳极)/Nafion膜/(Pt+膜材料复合阴极),O2 的质子交换膜燃料电池,在150℃时,电池的最大输出电流和功率密度分别高达70 mA·cm-2和22 mW·cm-2.     

圆柱形质子交换膜燃料电池的研究

目前质子交换膜燃料电池(PEMFC)多为平板型板框式结构,介绍了一种圆柱形新型结构的质子交换膜燃料电池。制备了外径6 mm,壁厚为1 mm的微型阳极圆管,采用涂覆法制备阳极微孔层和阴阳极的催化层,热滚压法制作膜电极(MEA),并解决了气体进出、密封与电极的引出等方面问题。应用三维软件进行结构设计,并用模拟分析软件ANSYS进行热和静力分析,最后组装成圆柱形质子交换膜燃料电池。当氢气压力为0.2 MPa、常温常压下工作时,开路电压为0.8 V,功率密度可达到8.3 mW/cm2。     

质子交换膜燃料电池有序化膜电极研究进展

质子交换膜燃料电池的发展和应用是促进现代生活方式低碳环保化的最重要路径之一。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件,实现膜电极结构的有序化是同时满足低铂载量和高电化学性能要求的关键。本文系统总结和分析了最近有关有序化膜电极的相关研究进展。与发展较为缓慢的质子导体有序化相比,以催化剂有序化和催化剂载体有序化为路径实现的有序化膜电极结构优化已经得到快速发展,对于促进质子交换膜燃料电池规模化应用表现出极大的发展潜力。     

氧化石墨烯在燃料电池质子交换膜中的应用

保护环境，开发环保型能源，对人类和社会具有重要意义。质子交换膜燃料电池由于其能量转化率高，可实现零排放，近年来引起了电池领域研究者们的兴趣。氧化石墨烯（GO）由于存在活性氧官能团，可以和离子型聚合物进行复合以制备复合质子交换膜。氧化石墨烯类的复合质子交换膜应用于燃料电池时可以提高膜在高温低湿度条件下的质子传导率，降低甲醇渗透率，提高电池的功率密度。本文首先介绍了氧化石墨烯的制备方法，然后从不同的离子型聚合物基质复合质子交换膜的类别出发，详细介绍了氧化石墨烯在Nafion、聚醚醚酮、聚苯并咪唑和壳聚糖等不同种类的离子型聚合物中的应用现状及作用机理，同时对其在质子交换膜的应用方面存在的问题及应用前景做了评论和展望。     

质子交换膜燃料电池膜电极制备方法的研究进展

燃料电池技术作为一种绿色能源技术,在减少能源消耗、环境污染等方面具有巨大潜力。膜电极（MEA）是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心部件,MEA中电化学反应的顺利进行需要各功能层的协调配合,MEA各功能层涉及的传质、导电、导质子、催化等方面均影响燃料电池的性能。根据制备方法,可以将MEA分为催化剂涂敷基底（CCS）型MEA、催化剂涂敷膜（CCM）型MEA、有序化MEA和一体化MEA。MEA的性能不仅由催化剂本身载量决定,也受其结构设计和制备工艺的影响。本文介绍了MEA制备过程中常见的改进方法,分别从催化剂喷涂、刮涂、模槽挤出涂覆方式,催化剂浆料组成中Nafion含量和溶剂极性选择,催化层梯度化、图案化及界面结构改进,PEM结构增强、图案化、成膜方式等方面的研究进展进行讨论。但是目前对于MEA各功能层界面间的研究较少,应该注意的是催化层/质子交换膜（PEM）界面以及催化层/气体扩散层（GDL）界面设计也将直接影响MEA的性能。     

质子交换膜燃料电池挡板结构优化

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)流道结构优化能提高反应气体质量传输效率和电流密度,是改善PEMFC输出性能的有效方法。建立PEMFC单直流道几何模型,通过在流道内添加梯形挡板研究了挡板倾角对反应气体传输特性的影响。结果表明,在流道内添加挡板,可明显提高流道内反应气体流速并促进反应气体由流道向扩散层的质量传输;增大对称和非对称梯形挡板的前、后倾角,可有效增大挡板下方O₂质量分数,提高气体扩散层中反应气体通量,强化反应气体质量传输;与对称梯形挡板相比,前倾角75°、后倾角60°或前倾角60°、后倾角75°的非对称梯形挡板强化反应气体质量传输的效果更佳;PEMFC扩散层与催化层中的O₂摩尔分数随挡板数量增加而显著提高,且在挡板对应区域出现反应气体浓度波峰;PEMFC输出性能随流道内挡板数量增加而提升。流道内添加11个前倾角60°、后倾角75°的非对称梯形挡板时PEMFC峰值功率密度为0.435 W/cm²,比无挡板时提高6.6%。此外,工作电压U=0.1 ...     

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。     

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中抗CO中毒的PtM阳极催化剂

介绍了PtM阳极催化剂加入第二金属组分后对Pt晶体结构、颗粒大小、分散度等方面的影响以及PtM相互之间、PtM与载体之间的相互作用。由于存在这些相互作用，使其改变了Pt的CO中毒特性，导致了不同的反应活化能、反应级数以及CO的表面覆盖率。评述了目前几种主要的催化剂抗CO中毒机理及三组分和多组分催化剂的研究进展。     

Pt0．55Co0．45合金应用不同的碳基体作为质子交换膜燃料电池阴极催化剂的研究

分别选用VulcanXC-72和双壁碳纳米管（DWCNTs）作为碳基体,采用化学还原法制备了20％的Pt0.5Co0．45／C催化剂。合成的材料Pt055co0.45／C采用XRD和TEM手段进行表征,电化学性能通过循环伏安（CV）和稳态技术进行了检测。电化学测试结果表明,Pr0.55Co0.45／DWCNTs对氧还砸催化性能优于Pt055C0045／VulcanXC-72,并HDWCNTs具有比VulcanXC．72更好的稳定性。这说明DWCNTs是比VulcanXC－72更有效地催化剂载体。     

Candle Soot as Efficient Support for Proton Exchange Membrane Fuel Cell Catalyst

Candle soot deposited from the candle flame was used as a catalyst support for an anode catalyst in a proton exchange membrane fuel cell. The results showed that Pt/soot hybrids prepared by magnetron sputtering of 5 nm platinum films on candle soot exhibit very high mass activity in the fuel cell, which is more than one order of magnitude higher than that for commercial catalyst. The elementary preparation, high surface‐to‐volume ratio, good conductivity and hydrophobicity make candle soot a promising type of the support for PEMFCs catalyst.     

质子交换膜燃料电池系统(PEMFC)的控制策略综述

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统进行了简单的介绍和控制特点分析,并对其控制策略进行了综述,分析和比较了包括常规PID控制、预测控制、模糊控制、神经网络控制以及在此基础上的多种复合控制策略,最后结合国内外至今的相关研究成果,展望了质子交换膜燃料电池系统控制策略的研究方向和发展前景。     

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。     

Parameter Estimation for a Proton Exchange Membrane Fuel Cell Model Using GRG Technique

The parameter estimation of the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) model is important to accurately present the relationship between voltage versus current. Regarding this problem, the difference between observed voltage and model‐calibrated voltage, which composed of cell reversible voltage, activation voltage drop, ohmic loss, and concentration voltage drop, should be minimized. So far, various optimization algorithms have tackled this problem. However, there is still a way to improve the solution quality using another technique, and in order to fairly compare the solution qualities among the techniques, more information is required which has been so far missed. Thus, this study proposed generalized reduced gradient (GRG) technique which obtained good results. When compared with two variants of harmony search and two variants of particle swarm optimization, GRG could find much better results in terms of mean square error (MSE). Also, this study provided full problem formulation and numerical dataset, which was scattered in literature and not clearly provided in previous literature. Hopefully, this study invites more researchers to replicate this bench‐mark problem of the PEMFC parameter estimation and to tackle it using their own techniques in the future.