MEMS微型质子交换膜燃料电池阳极新结构

利用微电子机械技术(MEMS)制备了含有4条脊的点蛇混合阳极新结构,组成自呼吸式微型燃料电池,并与老式阳极结构(含2条脊)比较。研究发现,当阳极的集流条由2增加到4时,流道总长度增大约一倍,电池的极限电流密度和峰值功率密度分别提高18.56%和15.26%,在100~500 mA恒电流放电下,可节省燃料平均达6.18%。流场的深度过深和过浅都不利于电池性能的发挥,在175μm深度时电池的效果最佳,氢气的有效利用率最高;氢气的流速对电池的性能影响不大,10~20 mL/min的流量足以保证燃料供给。     

自呼吸式微型燃料电池阳极流场的优化设计与研究

设计了点状、蛇形和点蛇混合三种微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC)阳极流场,模拟计算表明三种结构中点蛇混合结构更能有效协调燃料利用率与接触电阻之间的矛盾。利用微电子机械技术(MEMS)制备了两种点蛇混合阳极结构,组成自呼吸式电池。实验研究发现,当点蛇混合结构的集流条由2增加到4时,流道总长度增大约一倍,氢气在流道内的流速明显增加,电池的极限电流密度和峰值功率密度分别提高18.56%和15.26%,在100~500 mA恒电流放电下,可节省燃料平均达6.18%。     

基于多孔硅及MEMS技术的微型质子交换膜燃料电池

分析了研究和发展微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC)的重要意义和应用前景,介绍了基于多孔硅及MEMS技术的μPEMFC最新研究动态,讨论了μPEMFC的结构设计、加工过程及性能,提出了μPEMFC仍存在的问题及其技术发展对策。     

质子交换膜燃料电池稳态自增湿性能分析

增湿及水管理系统使得燃料电池系统结构复杂,质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)自增湿操作在实用化方面逐渐引起研究者的兴趣。提高PEMFC自增湿性能的关键在于对生成水的有效管理,保证质子交换膜的良好水合。实践证实采用自增湿膜电极组件是一个有效途径。本文建立催化层中增加保水层的水传递平衡模型预测膜中水的分布,考察自增湿操作的可行性和稳定性。数值分析表明:只有低于50?m(如Nafion112)的薄膜能满足电池自增湿膜水合的要求。保证膜水合性能和电池操作稳定性的电池温度为60℃,操作压力为0.15 MPa,阴极气体过量系数可以增大到1.8。在上述操作条件下,电池自增湿性能与饱和增湿有可比性,与饱和增湿最佳条件有差距。因此PEMFC自增湿性能在综合考虑降低成本和费用,简化结构和操作时具有可行性,但不能替代增湿操作。     

质子交换膜燃料电池稳态自增湿性能分析

增湿及水管理系统使得燃料电池系统结构复杂,质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）自增湿操作在实用化方面逐渐引起研究者的兴趣。提高PEMFC自增湿性能的关键在于对生成水的有效管理,保证质子交换膜的良好水合。实践证实采用自增湿膜电极组件是一个有效途径。本文建立催化层中增加保水层的水传递平衡模型预测膜中水的分布,考察自增湿操作的可行性和稳定性。数值分析表明：只有低于50 mm（如Nafion112）的薄膜能满足电池自增湿膜水合的要求。保证膜水合性能和电池操作稳定性的电池温度为60℃,操作压力为0.15 MPa,阴极气体过量系数可以增大到1.8。在上述操作条件下,电池自增湿性能与饱和增湿有可比性,与饱和增湿最佳条件有差距。因此PEMFC自增湿性能在综合考虑降低成本和费用,简化结构和操作时具有可行性,但不能替代增湿操作。     

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双极板导流场不同区域极化研究

质子交换膜燃料电池双极板导流场的不同区域极化研究可以诊断导流场工程设计的合理性。本文针对一种氢气、空气型燃料电池双极板导流场的设计,对导流场的四个相等部分进行了四个不同区域的燃料电池极化研究,进而可以判断整个导流场在各种燃料电池运行条件下对燃料电池性能的影响以及导流场设计的合理性。     

燃料电池自增湿膜电极的研究进展

使用自增湿膜电极可以减去燃料电池复杂的增湿系统,并使得膜电极的水热管理变得容易和简单,对于燃料电池的大规模商业化具有重要意义。本文主要从自增湿复合膜、自增湿催化层以及自增气体扩散层等几个方面介绍了近年来自增湿膜电极的一些重要研究进展和发展趋势。首先介绍了基于掺杂和复合机构的自增湿复合膜的发展状况,指出自增湿复合膜是最直接有效的自增湿方式;其次介绍了基于物理或化学方法构筑的自增湿催化层的研究现状,认为构筑自增湿催化层能够促进阴极侧电化学反应生成的水向阳极侧的反扩散,从而提高膜电极的低湿度性能;最后综述了自增湿气体扩散层,对这类电极的发展趋势及应用前景进行了展望。     

车用燃料电池质子交换膜的制备及性能

合成了一系列具有不同支化度的磺化聚芳醚砜材料,并对其结构和性能进行了表征。所制备的磺化的支化聚芳醚砜材料的分子量可达7.00×105以上,并且分子量分布在1.17左右,拉伸强度可达20.55~28.81 MPa。随着聚合物支化度的增加,聚合物的热稳定性得到改善,在550℃下的热失重可降低至39%~45%。高支化的磺化聚芳醚砜薄膜的氧化稳定性也得到改善,80℃下的使用寿命可提高至7.25 h。支化的磺化聚芳醚砜薄膜的吸水率和质子传导率都较高。80℃下高支化度的聚芳醚砜薄膜的质子传导率可达0.33 S/cm。对其微观形貌进行观测发现,支化聚芳醚砜中的支化结构可对周围的亲水磺酸基团起支撑作用,促使其发生团聚而形成连续的质子通道。     

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。     

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。     

用于质子交换膜的高质子传导率聚合物研究进展

质子传导率超过Nafion膜的质子交换膜是近年来研究的焦点。质子交换膜的质子传导率与它们的IEC值和形态有关。形成离子通道是开发高质子传导率的质子交换膜的一种有效方法。形成离子通道主要有3种:1)用嵌段共聚物的微相分离;2)侧链和支链磺化的聚合物;3)局部区域的高密集磺化。此外,与无机纳米材料形成纳米复合材料的质子交换膜也能提高质子交换膜的质子传导率及质子交换膜的机械强度、尺寸稳定性、耐氧化稳定性等性能。综述了关于用于高质子传导率的燃料电池质子交换膜(PEM)的聚合物的研究进展。对高质子传导率的燃料电池膜聚合物的发展趋势进行了展望。     

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。     

H2S固体氧化物燃料电池复合质子传导膜的制备及性能

采用传统工艺制备了微米级与采用溶胶-凝胶法制备了纳米级Li2SO4 Al2O3、Li2SO4 Na2SO4 Al2O3和Li2SO4 Li2WO4 Al2O3三种不同的H2S固体氧化物燃料电池质子传导膜,并用扫描电镜(SEM)对膜进行了表征,纳米膜的结构较致密和紧凑,性能较好.温度提高,电解膜的离子传导率开始增加,达到最大值后基本保持不变.实验结果表明,Li2SO4 Na2SO4 Al2O3和Li2SO4 Li2WO4 Al2O3复合膜比Li2SO4 Al2O3膜具有更好的传导性和电化学性能.复合Li2SO4 Li2WO4 Al2O3电解膜电池操作温度高于700℃时,其传导率与电化学性能较好.复合Li2SO4 Al2O3膜电池的操作温度较低,在650～700℃之间,其传导率与电化学性能较差.纳米电解膜的电池性能和化学稳定性比微米电解膜电池好.研究了由H2S、(MoS2 NiS Ag 电解质 淀粉)/ 电解膜/(NiO Ag 电解质 淀粉)、空气构成的燃料电池在680～750℃和101.13 kPa时的电化学特性,对纳米Li2SO4 Li2WO4 Al2O3复合膜电池,当操作温度为750℃时,电池的最大输出功率密度高达130 mW·cm-2,相对应的电流密度为175 mA·cm-2.