质子交换膜燃料电池技术的发展及应用

概述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的发展历史和现状,并对其应用前景进行了展望;对质子交换膜燃料电池的膜、膜电极、电催化剂和双极板等关键技术进行了简要介绍。     

质子交换膜燃料电池的发展现状

简要叙述了质子交换膜燃料电池的发展历史,介绍了高效、新型电催化剂、新型质子交换膜、新型双极板与流场的研究、应用、开发等关键技术,并对质子交换膜燃料电池的发展前景进行了展望。     

质子交换膜燃料电池关键部件研究进展

作为第五代燃料电池,质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有绿色高效优点,成为解决环境与能源问题突破点,已引起全球能源领域科研人员关注,但相关部件性能与成本阻碍其商业化进程。本文简述了质子交换膜燃料电池特性与应用,并在其工作原理基础上进一步综述了质子交换膜、电极与双极板等关键部件研究进展和现存问题,最后指出应从整体着手提高各部件间协调性,并以新型材料研制与制备方法开发为切入点以实现规模化应用。     

高温质子交换膜燃料电池性能衰减机理与缓解策略——第一部分：关键材料

高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）具有耐CO毒化能力强、水热管理简单、能量利用率高等优点,但同时高温酸性环境也使其面临着耐久性不足的问题。针对该问题,本文分别概述了HT-PEMFC中质子交换膜、气体扩散电极、双极板以及密封件等四种电池组件的常用材料的物理化学特性,并系统地总结了近些年关于HT-PEMFC各组件性能衰减过程的机理、危害、影响因素以及相应缓解策略的研究进展。最后对HT-PEMFC未来的发展进行了展望,其中开发高强度轻薄双极板和高耐久性密封件、优化电堆成本以及探索新型电解质膜体系等研究方向有望成为未来该领域内的研究重点。     

PEMFC不锈钢双极板防腐涂层研究综述

质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是氢能最佳的利用方式，双极板是燃料电池结构的主体，同时也占电堆成本20%～40%,为了实现PEMFC的商业化，双极板性能提升和成本降低已成为研究热点。金属双极板被认为是未来最佳的双极板选材，但其容易被PEMFC的酸性环境腐蚀并生成钝化层，影响电堆整体性能，因此必须在SS上涂覆保护性涂层。本文综述了用于双极板的主要类型和用于不锈钢双极板防腐涂层材料的研究进展，并总结了面临的挑战和未来的研究方向。     

免增湿型空气自呼吸燃料电池的研究进展

空气自呼吸质子交换膜燃料电池是一种主动吸取空气的燃料电池装置,由于本身的高能量转换效率和反应产物环保的优点被广泛应用在各种移动供电系统中。但是空气自呼吸质子交换膜燃料电池正常工作需要面对一系列问题,包括防止反应气体泄漏、电化学反应生成水的管理、热量的扩散和能够长时间稳定工作以及由于反应气体的不充分湿润和质子交换膜内水分子的电渗,扩散和蒸发作用造成的质子交换膜脱水等,这些问题都会严重影响燃料电池的性能表现。因此本文围绕以上的问题介绍国内外的研究情况,包括空气自呼吸质子交换膜燃料电池各组成部件的研究和开发,例如单电池中阴极集流板的开孔样式对氧气运输和水分管理的影响,气体扩散层和双极板的材料选用;通过添加亲水物质或改良催化剂载体等方法制作免增湿膜电极来实现空气自呼吸燃料电池免增湿目的以及改良阴极部件构造使水分在亲水织物材料的毛细管作用下能够合理分布在膜电极周围。通过介绍国内外关于空气自呼吸燃料电池的应用实例,展望了空气自呼吸燃料电池的应用前景和发展趋势。最后对如何提高空气自呼吸燃料电池性能的方法也作出了简单的总结。     

镀金双极板应用于质子交换膜燃料电池中的腐蚀失效分析

研究了在上海汽车集团股份有限公司(SAIC)的质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆中运行2 000 h后的镀金双极板的导电性和耐蚀性,探讨了双极板的腐蚀失效机制,得出其失效主要由原电池腐蚀和缝隙腐蚀引起。     

磺化聚磷腈类质子交换膜研究进展

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环境友好,近年来引起了电池领域研究者们的兴趣。质子交换膜是燃料电池的重要组成部分,磺化聚磷腈由于具有质子传导率高,稳定性能好,成本较低等优点可以作为质子交换膜的备选材料。本文主要综述了磺化聚磷腈类质子交换膜在燃料电池质子交换膜方面的研究进展,详细介绍了此类质子交换膜的制备和表征,同时对其应用前景做了评论和展望。     

制备质子交换膜燃料电池碳／碳复合材料双极板的方法

一种制备质子交换膜燃料电池碳／碳复合材料双极板的方法，属于燃料电池领域。本发明采用中问相碳颗粒为原材料，以碳纤维为增强材料，通过凝胶注模成型工艺一次成型质子交换膜燃料电池双极板，首先，配制凝胶注模用单体溶液，之后将中间相碳颗粒和碳纤维按比例加入到单体溶液中，搅拌均匀得到稳定的浆料，然后将浆料浇注到带有反向气体流道的金属模具中，保温至单体与交联剂完全反应，得到双极板素坯，之后将素坯烘干，烧结后，采用热固性树脂进行封孔，最后将固化后的树脂在高温下炭化，即得到碳／碳复合材料双极板。     

质子交换膜燃料电池催化剂研究现状

质子交换膜燃料电池作为一种新兴的能量转换装置,具有操作温度低、能量效率高、无电解质腐蚀等特点。本文综述了质子交换膜燃料电池催化剂的催化原理、应用现状,针对燃料电池体系,介绍了各种催化体系的催化性能。     

PEMFC膜电极的研究进展

膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，膜电极的研究对降低质子交换膜燃料电池的成本以及提高其性能具有重要意义。研究了构成膜电极的各部件，分析了高性能部件在商业上普及的可行性。综述了构成膜电极的各关键部件的研究现状，对其发展趋势进行了展望。     

车用燃料电池关键材料技术研发应用进展

车用燃料电池系统成本的不断降低和电堆耐久性能的提高促进了燃料电池汽车的快速发展。燃料电池堆是车用燃料电池系统的核心单元,电催化剂、质子交换膜和气体扩散层是制造燃料电池堆的基本材料,决定了电堆的成本和耐久性能。本文从应用角度对国内外电催化剂、质子交换膜和气体扩散层制造技术的应用发展进行了回顾,分析了国内发展燃料电池电催化剂、质子交换膜和气体扩散层制造技术的重要性和国内产业化水平落后的原因,提出了发展的建议,为这些关键材料加快国产化提供参考,以期尽快提高国产燃料电池堆耐久性能、降低制造成本。     

质子交换膜燃料电池的研究开发与应用

质子交换膜燃料电池是当前时期的新型发电装置,对我国发电技术水平提升意义重大。但在质子交换膜燃料电池推广应用中,其核心技艺限制较多。因此,本文基于质子交换膜燃料电池的研究开发现状,对质子交换膜燃料电池的具体应用展开分析。借此明确该燃料电池实践价值,强化燃料电池研究力度。     

高温质子交换膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池解决了传统质子交换膜燃料电池催化剂易受CO等杂质气体毒化、水热管理复杂等问题,成为当今燃料电池发展的主要方向。高温质子交换膜是实现高温操作的关键部分。本文结合质子传递机理,分析了以水作为质子溶剂、非水质子溶剂质子交换膜以及无机固态质子导体膜的研究现状,认为有机/无机复合膜和非水质子溶剂膜,尤其是其中的磷酸掺杂的PBI膜是高温质子交换膜的发展方向。     

一种新型磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成与表征

质子交换膜是质子交换膜燃料电池膜电极的核心部件之一,它的性能好坏对整个系统的运行起着至关重要的作用．目前在质子交换膜燃料电池中普遍采用的质子交换膜材料是全氟磺酸系列薄膜,这类材料具有较高的质子传导率、化学及机械稳定性,但用于直接甲醇燃料电池（DMFC）时则存在甲醇渗透、导致燃料电池输出性能大大降低的问题     

质子交换膜燃料电池研究现状及发展

质子交换膜燃料电池是一种高效清洁的发电技术,具有反应动力学快、启动温度低等特点。目前质子交换膜燃料电池技术发展迅速,有望得到广泛推广和普及。本文从质子交换膜燃料电池核心组件出发,对近年来质子交换膜燃料电池的发展进行了简要概述。从材料出发,对核心组件进行分类,详细介绍了质子交换膜、催化剂以及气体扩散层的研究现状和技术特点,综述了各组件的研究方法、改进方法以及研究进展,展望了质子交换膜燃料电池的研究方向和未来发展趋势。基于高温环境下的各种优势,具有短侧链、低当量的且适用于高温低湿环境的质子交换膜仍将是重点研究对象。质子交换膜燃料电池将进一步向低Pt甚至无Pt方向发展,同时未来将实现无增湿条件下的水平衡。     

质子交换膜燃料电池阴极催化剂的研究进展

随着时代的发展,环境问题走进人们的视野,绿色可持续发展成了当下共同探讨的话题,而燃料电池(FC)凭借其低污染、低噪声等特点成为理想的动力源之一,质子交换膜燃料电池(PEMFC)是燃料电池的一种,具备启动速度快、电池结构简单等特点,是环保电动汽车发电技术的主要研究方向之一。其中双极板是质子交换膜燃料电池的主要部件,其上附载的催化剂决定着电池的能量转换效率、制造成本及民用价值。催化剂可分为阴极催化剂和阳极催化剂两类,本综述主要围绕阴极催化剂的开发与催化性能的研究情况,从工作原理、优缺点、催化剂及其制备、发展前景等方面进行介绍。     

高温车用燃料电池的发展及现状综述

燃料电池车以其能量转化效率高、绿色环保、噪音低等优点,被认为是替代传统化石能源汽车最有前景的新能源汽车。目前车用燃料电池的工作温度一般都低于80℃,低温的工作环境使其面临着诸多问题,如复杂的水管理和CO中毒等。通过提高质子交换膜燃料电池（PEMFC）的工作温度可以缓解这些问题,提高燃料电池的性能。然而,高温的工作环境也会对燃料电池带来诸多挑战,如膜脱水、催化剂团聚、冷启动速度缓慢等。要促进高温（90～120℃）车用燃料电池的快速发展,需要对其问题及解决方法进行分析。本文从电堆比功率、膜电极、双极板、进气方式、加湿方式等方面,介绍燃料电池的发展现状及存在的问题,包括Nafion膜和催化剂的热稳定问题、双极板的耐腐蚀问题、流道的气体分配问题、进气方式和加湿方式的优化以及冷启动问题。指出通过掺杂亲水性氧化物改善Nafion膜的高温性能;将Pt合金化及采用介孔炭提高催化剂的稳定性和电化学活性;镀层不锈钢金属双极板可以增强耐腐蚀性;3D流场等新型流场结构及提高进气温度、速度可以提高气体的均匀性;采用自增湿方式可以简化电堆结构等解决方法,以期对燃料电池车的进一步发展起到引导作用。     

燃料电池双极板的3D打印加工方法

质子交换膜燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置,双极板作为燃料电池的关键部件,3D打印技术可以适应双极板加工的需要。设计了一种具有并联传动机构的3D打印系统,采用聚乳酸(PLA)塑料作为加工材料,通过对3D打印系统控制参数的设置和优化,保证了加工零件的精度,完成了具有平行流道和蛇形流道的双极板的制造。燃料电池的组装实验证明,采用3D打印加工的燃料电池具有与传统加工方法获得的燃料电池相似的良好的工作性能。     

质子交换膜燃料电池流场板研究进展

流场板是质子交换膜燃料电池的核心部件之一,其结构直接影响着反应气体的利用效率以及燃料电池的排水及散热性能。综述了近十余年来质子交换膜燃料电池流场板的设计与研究进展。研究者们基于平行流场、蛇形流场、交指流场、点状流场,从流道尺寸、流道截面、进口分配段、流道布置等方面开展结构设计和优化,不同程度提高了燃料电池水热管理以及电性能。此外,各种形式的组合流场可综合不同流场优点,多级分形仿生流场优化了反应物、压力与电流密度分布,三维精细化流场通过改善供气方式降低了浓差极化。