直接涂膜技术用于质子交换膜燃料电池膜电极制备

引　言质子交换膜燃料电池 (PEMFC)是极具吸引力的电化学能量转换装置 ,是未来电动汽车的主要动力源 ,也是洁净高效的新型化学电源 .对于电动汽车的应用 ,要求PEMFC提供高能量密度、低催化剂负载量 ,以降低系统体积和成本[1] .膜电极(membraneandelectrodeassembly ,简称MEA)是由聚合物电解质膜、电极催化剂和扩散层材料组合而成的三明治式结构组件 ,类似于计算机的芯片 ,是燃料电池的核心部件 ,长期以来大量的研究集中于MEA新材料设计与制备 ,以提高电池的性能 .近年来 ,对MEA的微观结构分析、MEA制备工艺与电池性能的关系研究工作明显增多[2～ 7] .从PEM FC研究实践中发现 ,如何减少电极中Pt催化剂负载量并能继续保持或者提高电池性能的MEA制备技术开发至关重要 .其中超薄Pt层沉积法[8～ 10 ] 是MEA的制备新技术之一 .与传统的基于墨水涂布(based inkprinting)的方法相比 ,喷溅沉积法(sputterdeposit) [9] 制备的MEA提高了电池的性能和催化剂的利用率 ,它是用直接喷溅沉积法 (directlydeposit) [10...     

直接甲醇燃料电池质子交换膜的发展现状

直接甲醇燃料电池(DMFC)是20世纪90年代兴起的第六代燃料电池,以其诸多的优点引起人们的广泛关注和研究。其中聚合物电解质膜是DMFC的关键技术,起着隔离阴阳极、质子传输、绝缘电子的作用。它的作用决定着DMFC的输出功率、电池效率、成本及应用前景。本文介绍了已商品化的全氟磺酸膜(Nafion膜)的结构及性能、以及替代膜的国内外发展现状,指出DMFC用膜的研究是21世纪能源研究的重点。     

直接甲醇燃料电池质子交换膜研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFC)以其燃料来源丰富、储存方便、结构简单、安全等优点而日益受到广泛的关注。预计将在很多领域中能得到广泛的应用。过去,人们对DMFC做了很多研究,针对直接甲醇燃料电池中的质子交换膜(PEM)的阻甲醇性能方面的研究进展作如下评述。     

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。     

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。     

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.     

质子交换膜燃料电池催化剂制备方法

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种高效的能量转换装置,具有使用温度低、转换效率高等优点,是电化学和能源科学领域的一个研究热点.本文讲述了PEMFC的概述、工作原理及其研究现状,并着重论述了PEMFC催化剂各种制备方法.     

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。     

交流阻抗技术在质子交换膜燃料电池上的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有低温、高效、零排放等特点,是有效解决环境污染和能源危机的发电装置,然而其内在电化学、传输机理不明确限制了其发展。交流阻抗技术(EIS)作为研究电极过程动力学和表面现象的重要手段,应用在PEMFC上受到高度重视。本文概括介绍了EIS的应用原理以及对于PEMFC的测量方式,并重点结合电池电极中典型的阻抗谱解析,总结了近来EIS在电池和材料两个方面的研究进展,从原位极化分析、材料性能评估及反应机理剖析等几个方面予以深入,详细分析了各阻抗元件参数对电池和材料改进的指导作用,进而展望了EIS在燃料电池上的应用前景,指出除了采用等效电路加以分析以外,结合数学模型推导将更加完美呈现出阻抗谱数据的特点。     

直接甲醇燃料电池用质子交换膜的研究进展

综述了质子交换膜在直接甲醇燃料电池中的作用和要求,目前质子交换膜的研究进展,重点介绍了适用于直接甲醇燃料电池用质子交换膜的各种材料的改性方法。按照物理和化学两种方法对几类质子交换膜材料进行改性。同时对比了改性前和改性后各种聚合物膜的物性特点。     

质子交换膜燃料电池加氢反应器

简述了燃料电池反应器的研究现状,根据膜反应器的设计思想,提出质了交换膜燃料电池加氢反应器的新概念,阐述了质子交换膜燃料电池作为加氢反应器的原理、可行性及应用前景。     

燃料电池质子交换膜研究进展

质子交换膜作为燃料电池的关键材料之一,得到世界各国学者的广泛关注和深入研究,已先后研发出含氟高分子类、芳香烃聚合物类以及有机/无机杂化材料的质子交换膜.本文对燃料电池工作原理进行简要概述,并针对质子交换膜的应用前景及研究现状进行分析.     

质子交换膜燃料电池可视化研究进展

质子交换膜燃料电池(包括氢氧质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池)内的两相流动以及相应的水管理、气管理对燃料电池的性能和寿命有很大的影响,而可视化方法是研究流场槽道内两相流动非常重要的方法之一。可视化实验可以真实地展示气泡或液滴在流场槽道内的生成以及发展过程,有利于了解其进化机制,从而进一步优化气管理、水管理并提高电池性能。本文主要综述了质子交换膜燃料电池两极流场内两相流动的可视化研究进展,讨论了扩散层的润湿性以及扩散层内水的传递机理,还介绍了实现可视化的方法,并提出了可视化研究的不足及发展方向。     

微型质子交换膜燃料电池构造技术进展

从膜电极组件的构造技术、双极板加工技术和整体制作与组装技术3个主要方面较为详尽地介绍了微型燃料电池构造技术的最新进展状况,对其技术特点以及发展前景开展了分析与讨论.     

用于质子交换膜燃料电池的高温无机质子传导材料研究进展

质子交换膜是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心部件，其主要作用是传导质子。无机质子传导材料作为一种新型的质子传导介质，近年来逐渐引起了人们的关注。本文主要介绍了小分子磷酸、无机沸石材料、固体酸和无机氧化物陶瓷材料等几种高温无机质子传导材料，并对它们的性能和特点进行了评述。主要结论如下：小分子磷酸质子传导率高，但是容易泄露；无机沸石材料化学稳定性好，但质子传导率尚有提高的空间；无机氧化物陶瓷材料力学性能和化学温度性能均很好，但质子传导率相对较低；固体酸质子传导率优异，高温稳定性也好，是最有希望在PEMFC中获得推广应用的材料。     

基于膜电极的质子交换膜微生物燃料电池

通过采用传统电化学燃料电池的技术和材料,以寻求提高微生物燃料电池的电流密度,制作基于膜电极的微生物燃料电池。通过构建温控压力机,制作了一系列膜电极(MEA),并对作为正极的多种碳材料进行了筛选。使用定制的玻璃微生物燃料电池来放置膜电极和培养Geobacter sulfurreducens,对产生的电流进行评价。细胞的生长以乙醇为唯一碳源,因而代表了一种新型的乙醇/氧气燃料电池。相比以前的设计,基于膜电极的微生物燃料电池的电极表面每个单位会多产生出100倍的电流,并且可以被长久使用。     

抑制质子交换膜燃料电池负差效应的MnO_2-Pt/C复合电极

质子交换膜燃料电池(PEMFC)正极产生的水如不能及时排除,大量的积水将淹没催化层,使得氧气不能进入催化层得到电子还原为氢氧根,取而代之的是氢离子得到电子被还原为氢气,使正极电位低于负极电位(无论负极是氢还是甲醇的氧化),从而使单电池的输出电压为负,对整个电池组产生“负差效应”。针对这种情况,在传统正极催化剂Pt/C中添加了MnO_2制成MnO_2-Pt/C复合电极,希望在缺氧的时候与氧还原反应(ORR)有着相近电位的MnO_2能吸收来自外电路的电子,完成正极上的还原反应,消除负差效应。通过用N_2和O_2分别饱和的1 mol·L~(-1)H_2SO_4来模拟缺氧和富氧情况下的MnO_2-Pt/C和Pt/C电极的电化学性能,证实含有MnO_2的MnO_2-Pt/C复合电极对PEMFC由于正极缺氧所导致的负差效应有抑制作用;在PEMFC中采用MnO_2-Pt/C正极复合电极,在缺氧的情形下,即N_2饱和的1 mol·L~(-1)H_2SO_4中,负载1mg Pt·cm~(-2)的Pt/C电极电流趋于0,而负载0.5 mg Pt·cm~(-2)和2.5 mg MnO_2·cm~(-2)的MnO_2-Pt/C复合电极借助MnO_2自身的电化学还原反应,能够维持0.35 mA·cm~(-2)稳定的还原电流,从而避免了Pt/C正极抑制因质子H~ 还原所造成的正极电位下降;在富氧的情形下,MnO_2不仅不影响Pt对ORR的催化效果,而且还有协同催化ORR的作用。为克服质子交换膜燃料电池因正极积水、缺氧而导致的负差效应,提供了一种化学的解决方案。     

质子交换膜燃料电池水传递模型

提出了用于研究质子交换膜燃料电池膜中水分布、水传递量分布、电流密度分布等的二维数学模型;系统地考察了电池温度、阴阳极压力差、增湿程度、质子膜厚度等条件对水的传递和膜中水分布的影响.计算结果表明:①阳极增湿能够提高气体进口段膜阳极侧水的含量;②使用越薄的质子膜,越能提高膜中水的含量;③阳极增湿程度越大,由阳极向阴极迁移的水量越多.     

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。