加热喷雾法制备DMFC扩散层的性能研究

采用加热喷雾制备扩散层的新方法,制备出性能优良的膜电极,并组装成单电池进行测试,对电池温度和空气流量两个电池运行参数进行研究。结果表明:加热喷雾法制备膜电极具有良好扩散层结构,获得了优良的电池性能;在电池温度为55℃、输出电压为0.271V时,电池输出电流密度和功率密度分别达到了206.2mA/cm2和55.88mW/cm2。同时实验还表明,空气最佳流量为670mL/min,电池温度的提高有利于电池反应的动力学,进而大幅度提高电池性能。     

DMFC用膜电极组件的结构及性能

使用加热喷涂技术代替传统室温喷涂法制备立体化层,将立体化层引入直接甲醇燃料电池(DMFC)用膜电极组件(MEA)的结构中,优化立体化层中的Nafion载量,以增大催化层和质子交换膜之间的结合力,减少缝隙,进而降低电池内阻和物料传质阻抗.交流阻抗谱(EIS)和极化曲线证明:立体化层Nafion离子聚合物的最佳载量为0.6 mg/cm2;立体化处理的MEA较传统MEA的功率密度峰值提高19.46％;加热立体化技术将电池性能在55 ℃下提高到151.2 mW/cm2,机理是在进一步降低电池欧姆阻抗的同时,增大了催化层的活性面积.     

被动式DMFC的性能

研制了两只单体电池串联的被动式直接甲醇燃料电池(DMFC),无外部泵等辅助设施.考察了甲醇的浓度和温度、空气提供方式对单体电池性能的影响及单体电池的长期运行性能.单体电池在室-温(25℃)下,贵金属载量为2.5mg/cm2、甲醇浓度为3mol/L时,性能最佳,峰值功率密度可达10mW/cm2.提高甲醇温度和采用流动的空气,可提高电池的性能.单体电池在无水热管理系统、100mA放电的条件下,可在室温下连续、稳定地工作4h.     

放电电流密度对DMFC交流阻抗的影响

测试了膜电极组件(MEA)在不同工作电流密度(J)下的交流阻抗谱,并用等效电路L1R1 (CR2)[ QR3(L2R4)]进行拟合.内阻变化最平缓,先减小,后略微增大,变化幅度小于初始值的10％;阴极法拉第阻抗随着电流密度的增大而减小,当J＞ 1.00 A/cm2时,产生的水膜导致三相界面减少后,该阻抗又增大;阳极反应...     

自呼吸式DMFC膜电极组件的新结构

提出一种新型的自呼吸式膜电极组件(MEA)结构,将用作阴极集流体的薄金属拉伸网直接嵌入阴极催化层中。电化学阻抗分析表明,新型MEA比传统MEA的欧姆电阻和扩散阻抗更小。新型MEA的最大功率密度可达9.6 mW/cm2(电池温度为25℃),比传统MEA提高了10.3%。长时间40 mA/cm2恒流测试表明,新型MEA有增强的氧传输速率和较好的水管理能力,因此电压衰减速率较小。     

DMFC用阻醇质子交换膜的研究进展

介绍了甲醇分子的渗透机理及直接甲醇燃料电池(DMFC)对质子交换膜(PEM)的基本要求,如低的甲醇渗透率和高的质子电导率.介绍了针对提高Nafion膜阻醇性能进行的各种改性研究,如膜的表面物理改性、掺杂阻醇纳米材料的改性等.评述了其他PEM,如以聚苯并咪唑(PBI)、聚醚醚酮(PEEK)和聚醚砜(PSU)等基膜材料为代表的聚芳环系列PEM.     

直接甲醇燃料电池稳定性的初步研究

在0.4V的恒电位模式下进行了90 h的直接甲醇燃料电池(DMFC)稳定性测试,电池性能衰减率为94.63％.采用三电极技术对电极电位进行实时监测.随着电流密度的减小,阴极过电位减小、阳极过电位增加,电池性能的衰减主要来自阳极性能的损失.结合电化学阻抗谱(EIS)及等效电路,对MEA性能的衰减机理进行了解析,并从MEA关键材料的结构变化进行了验证.MEA微结构的变化,导致电池内阻增大了3.19倍,主要表现为阳极扩散层的剥离及微孔层中碳粉的脱落;阳极催化层结构的瓦解导致阳极电化学反应的法拉第阻抗显著增大.     

酞菁类化合物用于DMFC催化剂的研究进展

综述了酞菁类化合物(Pcs)用于直接甲醇燃料电池(DMFC)催化剂的研究进展;概述了Pcs用于DMFC阴极催化剂的催化机理和影响因素及耐甲醇性能;讨论了Pcs修饰Pt构成的DMFC阳极复合催化剂的研究现状和催化机理.     

DMFC的PtRu-NdOx/C催化剂合成及性能

以NdOx作为助催化剂,采用浸渍还原法合成了不同原子比例的PtRu-NdOx/C催化剂。首先研究了不同还原温度对PtRu/C催化剂的电催化性能的影响。X射线衍射光谱法(XRD)和循环伏安测试结果表明:当还原温度为90℃时,合成出的催化剂粒度最小,对甲醇电氧化的催化性能也最好。其次,通过能量散射X射线谱(EDX)、XRD、透射电子显微镜法(TEM)和循环伏安法、计时电流法等测试手段,研究了不同n(Pt)∶n(Ru)∶n(Nd)原子比例对PtRu-NdOx/C催化剂性能的影响。实验结果表明:n(Pt)∶n(Ru)∶n(Nd)原子比为3∶3∶1时,合成出的催化剂电催化性能较好;而且Pt与Ru以合金形式存在,而Nd的氧化物则以无定形态存在,催化剂粒子分布均匀,平均粒径在2nm左右。     

DMFC阳极用Pt基催化剂的研究进展

综述了直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极用单组分催化剂、Pt-Ru、Pt-Sn和Pt-Cr合金等二元催化剂与以Pt-Ru合金为基础的多组分催化剂的研究进展;综述了制备方法、载体及各组分的比例对催化剂催化活性的影响.指出DMFC阳极催化剂将致力于非贵金属催化剂的开发、阳极电极合金组成的研究和催化剂载体的选择.     

V形截面DMFC的设计、制作及测试

为了克服目前管状结构直接甲醇燃料电池(DMFC)成型困难的问题,提出了一种新型结构的膜电极组件(MEA)——V形截面MEA(V-MEA)。确定了V-MEA的结构参数,V-MEA具体由阳极钛网、阳极催化剂层、Nafion膜、阴极催化剂层、阴极扩散层和阴极钛网六层组成。完成了V形截面DMFC(V-DMFC)结构的设计,V-DMFC由底座、V-MEA、密封元件、燃料舱箱体、盖板和塞子等组成。使用自己设计和加工的模具制备了V-MEA,与自己设计和加工的壳体一起组装了V-DMFC样机,并研究了其性能,以1 mol/L甲醇+0.5 mol/L硫酸作为阳极电解液,在高温通入0.1 MPa的100 m L/min氧气条件下,V-DMFC样机最高比功率达到9.50 m W/cm2。     

工作条件对钛网基MEA性能的影响

为研究工作条件对钛网基MEA性能的影响,以钛网作为电极支撑体材料,以Nafion117作为质子交换膜,以PtRu/XC-72R作为阳极催化剂,以Pt/XC-72R作为阴极催化剂,采用滴涂的方法制备了钛网基MEA阳极和阴极。采用成型温度为135℃,成型压力为5 MPa,保压时间为180 s的条件热压制备钛网基MEA并在工作条件进行测试,研究结果表明:(1)无论是在室温25℃条件下还是在高温60℃条件下,阴极氧化剂采用0.1 MPa的100 mL/min氧气的功率密度峰值均高于采用自呼吸空气的功率密度峰值;(2)无论是在室温25℃条件下,还是在高温60℃条件下,无论阴极氧化剂为自呼吸空气,还是0.1 MPa的100 mL/min氧气,电解液中的甲醇浓度对钛网基MEA的影响呈现了一致性,即当甲醇浓度从0.5 mol/L变大到1.0 mol/L时,钛网基MEA的功率密度峰值是增大的,当甲醇浓度从1.0 mol/L经过1.5mol/L增大到2.0 mol/L时,钛网基MEA的功率密度峰值逐渐减小;(3)当工作温度从25℃逐渐增大到80℃,钛网基MEA的功率密度峰值从5.19 mW/cm2逐渐增大到17.10 mW/cm2。     

成型压力条件对钛网基膜电极组件性能的影响

为了获得合适的钛网基膜电极组件(MEA)的成型压力条件,以钛网作为电极支撑体材料,采用滴涂的方法制备了钛网基MEA阳极和阴极,并在135℃下,采用0、2.5、5、7.5和10 MPa的成型压力分别热压了5组钛网基MEA。对MEA的微观形貌观察、厚度测量和单电池极化性能研究,结果表明:随着成型压力逐渐增大,钛网基MEA成型厚度逐渐变薄,功率密度峰值先逐渐增大,5 MPa时达到最大值,后逐渐减小。得出5 MPa的成型压力比较合适于钛网基MEA的压制。     

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。     

直接甲醇燃料电池膜电极组件的阳极整平层

通过考察有阳极整平层(sub-layer)的膜电极组件(MEA)的极化曲线、SEM图和内阻等,研究了阳极整平层对直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响.在表面喷涂Nafion树脂,对整平层进行修饰,发现喷涂Nafion后的整平层与催化层的结合更紧密,提高了电池性能.在静止式DMFC中,以2 mol/L静止甲醇溶液为燃料,有经过修饰的整平层(1.0 mg/cm2)的MEA在常温下的功率密度达到15.3 mW/cm2,放置1 d后仅有1%的衰减.