Nafion膜厚度对质子交换膜燃料电池性能的影响

采用不同厚度Nafion膜 (Nafion 117,115 ,1135 ,112和 10 1)组装质子交换膜燃料电池 (PEMFC) ,通过测试电池极化曲线 (U/I) ,研究Nafion膜厚度对PEMFC工作性能、氧气还原反应的电极动力学参数和电池内阻的影响 ,通过线性回归分析不同厚度Nafion膜组装PEMFC的内阻计算了Nafion膜材料的电导率。实验结果表明 :( 1)降低电解质膜的厚度将会降低电池的内阻 ,从而有利于提高PEMFC的工作性能 ;( 2 )随着膜厚度的降低 ,U0 值有降低的趋势 ,Tafel斜率b值变化不明显 ;( 3)厚膜组装电池的极化曲线在低电流密度时就偏离了线性 ,其主要原因是质子传质极化引起的 ;( 4 ) 80℃时Nafion膜材料的电导率约为 0 .0 77Ω-1·cm-1。     

磺化皂土改性直接甲醇燃料电池用Nafion膜

以磺化皂土和正硅酸乙酯(TEOS)为掺杂物,采用溶胶-凝胶法掺杂改性Nafion 212膜,并制成膜电极组件(MEA)。通过计时电流、交流阻抗等测试,研究了Nafion 212膜改性前后的甲醇渗透系数、质子电导率及电池功率密度等。改性后的Nafion 212膜,甲醇渗透系数比改性前降低了86%,质子导电率达到69.6 mS/cm;单体电池性能和甲醇渗透电流测试发现:改性膜制备的MEA的甲醇渗透电流密度在30℃和55℃时分别比改性前降低67.7 mA/cm2和61.5 mA/cm2。     

直接甲醇燃料电池性能研究

研究了聚合物电解质膜直接甲醇燃料电池性能。 2 0 %Pt -10 %Ru/C和 2 0 %Pt/C分别作为甲醇氧化和氧还原催化剂。通过改变甲醇阳极催化层中Nafion与PTFE的含量研究了电池的电流 -电压特性。结果表明 ,催化层中Nafion含量的影响对电池性能至关重要 ,而PTFE的影响则较小。研究得出催化层中Nafion的最佳含量为 7%。通过在电极表面刷一层Nafion溶液 ,明显提高了电池性能。在低Pt载量条件下 ,即阳极Pt含量 0 .6mg/cm2 ,阴极Pt含量 1.1mg/cm2 ,阴极空气近大气压条件下 ,t =60℃ ,甲醇浓度 1mol/L时 ,单电池开路电压为 0 .6V左右 ,0 .4V时电流密度为 3 0mA/cm2 ,0 .2V时电流密度为 10 6mA/cm2 。甲醇阳极催化层表面的扫描电镜 (SEM )观察表明催化层中Nafion含量不同 ,电极结构不同。     

直接甲醇燃料电池性能研究

以自制的PtRuMo/C和Pt/C分别为阳极、阴极催化剂制备了膜电极,考察了单电池在常压下的性能,分析了影响电池性能的因素。研究结果显示以氧气为氧化剂在常压、室温工作,50mA/cm~2时,稳定输出电压0.237V;以空气为氧化剂时,在常压、室温工作,输出电流密度40mA/cm~2时稳定的输出比功率为8mW/cm~2。适宜的操作条件:甲醇浓度为2.5mol/L,甲醇流量为1.04mol/L,氧气流量范围60￣100SCCM,空气流量范围为125￣200SCCM。电池性能的初步分析显示,催化层中存在较高的质子传递电阻,使得电池在大电流放电时性能下降较快,限制了比功率的提高。     

运行参数对单体直接甲醇燃料电池性能的影响

分别在不同温度、不同燃料浓度、不同燃料进料速度下测试了单体直接甲醇燃料电池的极化曲线、功率密度曲线以及阴、阳极的极化曲线.结果表明:随着电池操作温度升高电池性能逐渐提高,阳极极化过电位明显减小;但甲醇的渗透速率也同时增大,在阴极产生混合电位,增大了阴极极化;随着进料浓度升高,阳极出现浓差极化的电流密度增大,甲醇渗透速率增加,阴极电化学极化过电位增大;在电池运行温度、阳极燃料浓度一定情况下,进料速度对电池性能影响相对较小;在所研究的电池运行参数范围内,电池温度为60℃、阳极燃料浓度为1.0 mol/L、进料速度为2.5 mL/min时电池的性能最佳,最大功率密度为61.7 mW/cm2.     

直接甲醇燃料电池研究现状及主要问题

直接甲醇燃料电池 (DMFC)具有燃料易运输与存储、重量轻、体积小、结构简单、能量效率高等优点 ,以固体聚合物作为电解质的直接甲醇燃料电池是理想的车用动力电源 ,具有广阔的发展前景。从DMFC性能研究、甲醇穿过Nafion膜渗透的影响、膜研究及电催化剂研究等四个方面描述了直接甲醇燃料电池的研究现状及存在的主要问题 ,结合当前的最新研究成果 ,给出DMFC研究中需要解决的几个关键问题     

直接硼氢化钠/双氧水燃料电池研究

采用Pt/C作为催化剂成功地组装了直接硼氢化钠/双氧水燃料电池,并考察了不同操作温度、溶液流速和浓度条件下电池的放电性能。60℃时电池的最大比功率可以达到130mW/cm2,在40℃时0.1A/cm2放电条件下电池电压约为0.7V,性能明显优于相同条件下直接甲醇燃料电池。同时研究了不同厚度电解质膜对电池性能的影响,采用Nafion117膜(厚度175mm)的电池开路电压比Nafion112(厚度50mm)高约180mV,但Nafion112在高电流密度放电时表现出了更好的性能。因此,膜厚度不仅影响电池的内阻而且还会影响反应物的相互渗透。此外,还测试了短时间恒电流放电,电池性能未出现下降,而且放电后催化层和膜仍然保持紧密结合。     

直接甲醇燃料电池用磷酸氢锆/Nafion115的研究

采用离子交换-沉淀法制备了磷酸氢锆/Nafion115复合膜.X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(IR)结果表明了无机相磷酸氢锆的存在,且其平均粒径为5 nm左右.与Nafion115相比,复合膜的质子传导率降低20%,甲醇渗透系数则降低50%.75℃高浓度甲醇进料时,使用了复合膜的单池放电性能得到明显改善.单池寿命测试结果表明使用了复合膜的电池在0.4 V以上可以稳定运行100 h.     

阳极流场结构对直接甲醇燃料电池性能的影响

通过电化学方法和水平衡测试研究了阳极流场结构对DMFC阳极燃料甲醇和水的传质、迁移以及低电流密度区电池性能的影响。结果表明:阳极流场深度从1.2mm降至0.3mm,阳极极限电流密度IAlim和100mA/cm2时的甲醇渗透量Jcross分别增加49%和23%,电池的净水迁移系数α先降低后增加。在四种深度的阳极流场中(0.3,0.6,0.9,1.2mm),0.9mm深阳极流场电池的总效率最高且α最小,在低电流密度区具有较高的电压和较好的稳定性。     

质子交换膜燃料电池用 Nafion/SiO2复合膜

采用溶胶-凝胶法以TEOS(正硅酸乙酯)和商业化的Nafion115膜为原料制备了Nafion115/SiO2复合膜。在Nafion膜的酸性介质中,TEOS水解聚合得到SiO2以及含有羟基和乙氧基的硅烷混合物,从而形成Nafion115/SiO2复合膜。将Nafion115/SiO2复合膜与电极组装成MEA,在110℃和130℃的电池温度下评价电池性能。在电池温度为130℃、操作压力为0.25MPa、电池电压为0.7V时,使用Nafion115/SiO2复合膜得到的电流密度是使用Nafion115膜电流密度的1.9倍。     

添加剂对直接甲醇资料电池性能的影响

对直接甲醇燃料电池的研究提出了一种全新的思路 :在甲醇溶液中加入添加剂 ,通过添加剂与阳极电催化剂的协同效应 ,抑制CO对电催化剂的毒化作用 ,提高了电催化剂的催化活性 ,从而使直接甲醇燃料电池性能有了明显的提高。实验结果表明 :在CH3 OH浓度为 1mol/L ,流量为 6mL/min、空气压力为 0 .0 5MPa、温度低于 60℃的条件下 ,添加剂浓度为 0 .1mol/L时效果最佳。该添加剂特别适用于低温 (低于 60℃ )直接甲醇燃料电池     

阴离子膜直接甲醇燃料电池

目前质子交换膜直接甲醇燃料电池(PEM-DMFC)面临着甲醇在阳极的电氧化性能差和甲醇从阳极渗透到阴极严重这两大难题。阴离子膜直接甲醇燃料电池(AEM-DMFC)由于采用碱性体系阴阳极的电催化性能大幅提高,电渗析方向的改变减小了甲醇从阳极向阴极的渗透,这些优点有望解决PEM-DMFC目前所面临的难题。主要论述了阴离子膜DMFC的原理,及与质子膜DMFC对比,并对甲醇在碱性条件下电氧化催化剂,氧化机理及反应速率影响因素进行介绍和评述以及对AEM-DMFC的发展做出了展望。     

液体进料直接甲醇燃料电池的电化学性能

采用循环伏安法、交流阻抗法和稳态电流 电压极化曲线法,研究了不同操作条件下液体进料直接甲醇燃料电池(DMFC)的放电性能,分析了甲醇浓度、电池工作温度和氧气压力对电极反应的影响。DMFC的放电性能因电池工作温度和氧气压力的提高而改善。增大甲醇浓度,阳极反应动力学性能改善,浓差极化被推迟,但甲醇穿透量同时增加。电池性能在甲醇浓度为2.0mol/L时达到最佳。     

被动式直接甲醇燃料电池研究进展

被动式直接甲醇燃料电池（被动式DMFC）以其能量密度高、可靠性好、便携性好等优点,成为目前广泛研究用作笔记本电脑电源的燃料电池技术。详述了被动式DMFC各个关键组成部件的开发和研究进展,并介绍了目前存在的问题和对未来的展望。     

被动式直接甲醇燃料电池运行温度特性

将电池阴极侧集流板和夹具合二为一,采用自制的七合一膜电极组件对被动式直接甲醇燃料电池进行测试,研究了开路电压稳定阶段、放电阶段和放电后电压稳定阶段过程中电池温度与室温之间温差的变化,以及电池恒电流放电时电流密度和甲醇溶液浓度对电池电压及温差的影响.研究表明:在开路电压稳定阶段加入燃料后,温差开始升高,低电流密度放电时,温差先升高后降低,放电结束后,温差急剧下降;相同浓度下,放电电流密度越高,温差越大;相同的放电电流密度下,温差随甲醇浓度的增大而升高.     

运行条件对小型直接甲醇燃料电池性能影响

采用转压法制作4 cm2的膜电极,装配出小型直接甲醇燃料(DMFC)单体电池,对电池最佳运行条件进行实验研究.结果表明:电池经过70℃热水循环24 h后性能基本稳定,电池的性能受温度和甲醇浓度影响较大.23℃时.用1.5 mol/L甲醇溶液电池性能较好;在60℃时,用1.0 mol/L甲醇溶液电池性能较好;80℃时,在低电流密度区,用0.2mol/L的甲醇溶液电池性能较好,在高电流密度区,用0.5 mol/L的甲醇溶液电池性能较好.60℃工作温度下,电池运行所需要的最佳甲醇流速为1 mL/mIn.最佳氧气流量为250 mL/min.     

直接甲醇燃料电池中阳极催化剂的研究进展

从铂基合金催化剂、以导电聚合物为载体的复合催化剂和含氮的大环配合物的开发等三个方面重点综述了直接甲醇燃料电池(DMFC)中阳极催化剂的研究进展,同时简要概述了DMFC中甲醇渗透对电池性能的影响及其解决方案。有关研究表明,合金组成、催化剂载体以及大环配合物对阳极催化剂的催化活性和稳定性有着直接的影响。尽管目前已经进行了大量的关于甲醇在阳极催化剂上的作用机理的研究工作,但还未形成共识。另外,利用新的合成方法制备高分散的催化剂也是阳极催化剂发展的重要方向。同时,还须从根本上解决甲醇在Nafion膜中的渗透问题。     

直接甲醇燃料电池的阳极二元催化剂

介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化剂的研究状况、催化性能和机理.以Pt-Ru催化剂为例,综述了制备二元催化剂的影响因素(前驱体和添加剂).