碳中和目标下电解水制氢关键技术及价格平准化分析

随着低碳清洁氢发展成为全球共识,各国制氢技术路线均立足本地氢源潜力和未来氢能产业需求,呈现低碳氢、清洁氢到可再生氢的梯次发展趋势。电解水制氢技术的发展是低碳清洁氢气供给的突破口。该文首先对电解水制氢技术进行综述,介绍包括美国、日本、欧洲等国家电解水制氢技术路线图和技术指标目标;然后深入分析国内电解水技术发展现状,并与国外技术水平进行了差距量化对标,在此基础上提出我国电解水制氢潜在的技术路线;最后分析目前中国平准化低碳清洁氢成本,并且对中国2020～2050年平准化低碳清洁氢成本进行了预测。降低低碳清洁氢气平准化价格,需要从技术、商业模式创新等多方面协同发力,从而发挥其在能源转型及深度脱碳方面的作用。     

质子交换膜燃料电池CCM膜电极

采用喷涂工艺制备了三合一(CCM,Catalyst Coated Membrane)型质子交换膜燃料电池膜电极,研究了分散剂、催化剂、质子交换膜对膜电极性能的影响.结果表明:CCM型膜电极的放电性能好于传统热压方法制备的膜电极;乙醇、异丙醇和乙二醇等水溶液分散剂对CCM膜电极中低电流密度区放电性能影响不大,而在高电流的浓差极化控制区乙二醇最佳,而乙醇最差;优化催化剂的Pt担量和阴极催化剂的用量能够显著提高膜电极的性能,而通过减小质子交换膜的厚度,降低膜的面电阻可以进一步提高膜电极的放电性能.     

涂布法制备质子交换膜燃料电池亲水电极

采用涂布法制备亲水电极 ,即将催化剂和质子导体Nafion制成糊状 ,均匀地涂在电极支撑体上 ,制备过程比常规电极制备过程和Wilson制备亲水电极的方法简便。并对电极进行了性能研究和寿命考察 ,同时还考察了加入聚四氟乙烯(PTFE)对电极性能和寿命的影响。这种方法制得的质子交换膜燃料电池 (PEMFC)电极 ,催化剂利用率高 ,初始活性很好 ,但稳定性不好 ,加入PTFE对电极性能影响不大 ,但稳定性有明显提高。     

质子交换膜燃料电池电催化剂研究及膜电极制备技术

阻碍质子交换膜燃料电池商业化的关键问题之一是其电催化剂昂贵。文中对质子交换膜燃料电池中铂系电催化剂、非铂系电催化剂研究情况进行评述。影响催化活性的基本因素是电催化剂的颗粒尺寸及其表面功能群。将不同组分混合形成的共生材料的催化活性要比单一材料的活性高。膜电极结构和性能与膜电极制备技术密切相关。分析结果表明,在质子交换膜燃料电池商业化进程中,不仅要开发纳米级、低成本的电催化剂,更应提高电催化剂利用率。电催化剂利用率与贵金属催化剂的颗粒尺寸和分散度及膜电极制备工艺技术有关     

PEM燃料电池膜电极制备方法研究进展

膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件,不仅对PEMFC的性能有很大的影响,而且对降低其生产成本、加快其商业化进程具有很重要的现实意义。在简述MEA结构的基础上,根据MEA制备过程中催化剂负载方式的不同,详细介绍了目前已有的MEA制备方法;并且对MEA制备方法的发展趋势进行了展望,认为化学沉积法、电化学沉积法、物理溅射沉积法应该是目前发展的重点,同时开发适合大规模生产的制备技术非常重要。     

质子交换膜燃料电池的研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池的核心组成与工作原理，对燃料电池的膜材料和电催化剂、膜电极技术的发展现状以及对膜电极的制作工艺和结构优化进行了评述和分析，指出了目前质子交换膜燃料电池研究存在的问题及发展趋势。     

PEMFC膜电极三合一组件的制备方法

对质子交换膜燃料电池的核心部件———膜电极三合一 (MEA )进行了评述。分析结果表明 :目前质子交换膜燃料电池的催化剂利用率最多 30 %左右 ,膜电极三合一组件的结构并未达到最佳设计。需要研制新的电极组份 ,优化膜电极的结构设计 ,开发适于大规模生产的制备技术。     

质子交换膜燃料电池亲水电极研究

用质量百分比为40%Pt/C Nafion制备了亲水电极,并与Nafion112质子交换膜热压制备了质子交换膜燃料电池膜电极组件.用恒电流极化和电化学阻抗谱研究了电极组分对性能的影响,同时优化了各组分的含量.在碳纸基体和催化剂层之间引入了C/FEP催化剂支撑层,支撑层碳粉的优化载量为0.8 mg/cm2,FEP的优化质量百分含量为40%.电极催化剂层Pt的适宜载量为(0.40±0.05)mg/cm2,Nafion的优化质量百分含量为30%.     

CCM技术制备PEMFC膜电极组件

分两个发展方向介绍了运用Catalyst Coated Membrane(CCM)技术制备质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件--膜电极组件(MEA)的发展历史和现状,并对CCM制备技术的新发展进行了概括,认为研究更简便、更合理的CCM制作技术和实现MEA制作的机械化与自动化将是未来的发展趋势.     

四电极补偿法测量PEM电导率的研究

提出了一种稳态浴水交流四电极补偿的方法对质子交换膜P(EM)的电导率进行测量,采用这种方法测量时可以得到比较稳定的数据,重现实验测量误差小于0.3%;介绍了以DuPont公司生产的Nafion系列膜为例,采用这种方法对其电导率进行了测定,得到了这类膜在不同温度下的电导率参数。     

质子交换膜燃料电池发展现状

介绍了质子交换膜燃料电池（PEMFC）的结构、组成和工作原理，叙述了不同质子交换膜的来源特点及导电性与膜参数的关系；对不同电极和电极催化剂性能作了评述；综述了目前几种氢的来源、优缺点及质子交换膜燃料电池有关问题的发展动向和前景。     

质子交换膜燃料电池膜电极组件研究

膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池的核心部件。系统地研究了MEA的组成和结构对其性能的影响。研究提出:催化层中掺杂Nafion聚合物的亲水电极比传统的催化层中掺杂PTFE的疏水电极性能有了较大的提高;不同种类质子交换膜对MEA的性能影响很大,Nafion112和Dow膜是目前比较适宜的质子交换膜;采用石墨类碳纸的电极性能高于采用碳纤维类碳纸的电极;电极催化层中Nafion聚合物的最佳含量比为30%左右。根据氢电极和氧电极反应难度的不同,提出为了减少催化剂的用量同时不显著影响电池的性能,氢电极的铂载量应该低于电极的观点,并通过了实验验证。     

转印法制备质子交换膜燃料电池膜电极组件

转印法是一种间接将催化层涂布在质子交换膜上的膜电极组件制备方法,其制备工艺简单,周期短,且制备过程中质子交换膜不与任何溶剂接触,有效避免了膜的溶胀问题。采用刮刀涂布技术,将催化剂浆料均匀地涂布于转印膜上,调节刮刀间隙与刮刀运行速度可有效地控制金属催化剂的载量。扫描电子显微镜法(SEM)测试表明转印后的催化层表面形貌完整、孔隙分布均匀,膜电极各组件之间结合紧密且厚度一致。将该工艺制备的膜电极组装成单电池,测试结果表明:在阴、阳极Pt载量分别为0.463、0.264 mg/cm2条件下,以空气作为阴极反应气体的单电池在常压下的最大功率密度可达0.75 W/cm2。     

质子交换膜燃料池催化剂的研究进展

质子交换膜燃料电池由于具有独特的优点而受到世界各发达国家的重视。其电催化层是多孔扩散膜电极的一部分，也是质子交换膜燃料电池研究和开发的技术关键。章综述了质子交换膜燃料电池电催化剂近期研究进展和未来研究展望。     

质子交换膜燃料电池中氢电极和氧电极性能的研究

采用三种活性碳和三种还原剂,通过化学还原得到Pt/C催化剂.将涂在碳布上的Pt/C催化剂在125℃下热压在Nafion膜上,制成氢电极和氧电极,用循环伏安和极化方法研究了Pt/C-Nafion膜电极的性能.结果表明,这种电极的性能主要与活性碳的种类有关,而制备催化剂的还原剂起着次要的作用.对质子交换膜燃料电池的电流-电压性能和放电行为进行了初步研究.     

质子交换膜燃料电池的氧电极

采用三种还原剂 ,通过化学还原沉积得到Pt/C催化剂 ,其中甲酸钠还原得到的催化剂制成的电极性能最好。为降低铂用量 ,采用Pt Pd/C混合催化剂代替Pt/C催化剂 ,通过对不同Pd含量催化剂及其电极性能的研究 ,确定了最佳配比为Pd占贵金属总含量 6 5 %。近年来Pt/C Nafion电极性能有很大提高 ,Nafion加入后堵塞了一部分气孔 ,阻碍气体传质 ,在催化剂合膏时加入一定量的无水Na2 SO4 ,电极成型后再发孔 ,Na2 SO4 被溶解掉 ,留下大量孔隙 ,透气性增加 ,在一定程度上解决了传质问题。     

质子交换膜燃料电池膜电极活化工艺及机理

通过质子交换膜燃料电池膜电极三种活化工艺即恒流自然活化、恒流强制活化和变流强制活化的对比研究得出 :强制活化 (包括恒流强制活化和变流强制活化 )优于自然活化 ;在强制活化工艺中 ,变流强制活化优于恒流强制活化 ;而且变流强制活化所用的时间相对于恒流强制活化及恒流自然活化均大大缩短 ,是一种比较好的活化方法 ;膜电极的活化过程不仅仅是一种质子交换膜的加湿过程 ,而且是一个包括电子、质子、气体和水的传输通道的建立以及电极结构的优化的复杂过程。     

四电极质子补偿法测量质子交换膜的电导率

对质子交换膜电导率的测试方法进行了分析，针对影响准确测量电导率的因素而设计了一种四电极质子补偿测试法，研究结果表明，该方法与通常采用的四电极测试法相比，简单方便，精度高，能有效地避开极化与测量时间的影响。     

膜电极压缩对HT-PEM燃料电池性能的影响

膜电极(MEA)的压缩率对高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)的性能具有重要影响。实验中采用相同厚度的MEA和5种不同厚度的垫片,在最大预紧力下,自行组装了5种HT-PEMFC。实验测试了HT-PEMFC的性能曲线和交流阻抗特性曲线,分析了燃料电池安装时的压缩率和电池温度对其伏安特性和交流阻抗特性的影响。实验结果表明HT-PEMFC的性能随电池温度升高而提高;MEA压缩率为20.8%的HT-PEMFC性能明显优于其他压缩率的电池性能。实验结果对HT-PEMFC操作参数优化和实际应用具有重要价值。