氧电极气体扩散层的研究

研究了不同含量PTFE对氧电极气体扩散层性能的影响;分别以丙三醇、Na2SO4、草酸铵、ZnO作为造孔剂,研究了不同造孔剂及含量对氧电极性能的影响;选用镍网做导电骨架,采取催化层/集流体/气体扩散层的排布方式,以纯铝为阳极,4 mol/L KOH溶液为电解液,将空气电极与铝阳极组装成电池,考察电池的性能,并通过扫描电镜(SEM)研究气体扩散层的表面形态。研究结果表明:当扩散层中PTFE的含量为60%,选用草酸铵为造孔剂,草酸铵与载体的质量比为3∶1时,电极内部的空气传导阻力小,整个氧电极的性能最佳。     

封装力对PEM燃料电池气体扩散层孔隙率的影响

质子交换膜(PEM)燃料电池中气体扩散层(GDL)的孔隙率对整个燃料电池的性能有着重要影响,而封装力是影响燃料电池GDL孔隙率的关键因素之一。采用实验和有限元模拟相结合的方法研究封装力对气体扩散层孔隙率的影响。利用压汞仪测试气体扩散层的平均孔隙率,基于有限元方法建立质子交换膜燃料电池的双极板和气体扩散层的接触模型,研究质子交换膜燃料电池中不同的封装力下气体扩散层的孔隙率变化情况。结果表明:气体扩散层孔隙率的变化沿接触中心线左右对称,接触区域孔隙率分布较为均匀,随着封装力的增加,气体扩散层孔隙率逐渐降低;而未接触区域孔隙率变化不明显。气体扩散层孔隙率有限元模拟结果与实验测试结果相吻合。     

扩散层微观结构对DMFC阳极传质及性能的影响

通过调变微孔层中的PTFE含量,结合亲/憎水孔孔隙率、表面性貌等表征考察了扩散层的微观结构对其透水、透气性能的影响,并进一步研究了该阳极扩散层微观结构对DMFC阳极侧气、液传质和单池性能的影响.结果表明,当微孔层中PTFE含量为30%时,扩散层表面具有丰富且均匀的微米级大孔,亲/憎水孔孔隙率比例适中(3:4).透水压和气体渗透系数大小合适(分别为0.010 75 MPa和2.743×10-12 m2·S-1);由该扩散层组装的单电池甲醇渗透量较小,单位时间内阳极侧排出的CO2量较多,阳极侧气、液综合传质性能最好,电池性能最优,在80℃、常压、3倍空气剂量比时,最高比功率达90 mW/cm2.     

炭黑及聚四氟乙烯对气体扩散层性能的影响

气体扩散层作为质子交换膜燃料电池重要部件之一,为电极反应提供气体、电子和水的三相通道.炭黑载量以及聚四氟乙烯(PTFE)作为气体扩散层中的重要组分,其含量直接影响气体扩散层中微孔层的厚度、孔结构、电导率,从而对气体扩散层性能产生重要影响.对炭粉以及PTFE的含量对气体扩散层性能的影响进行了综述,认为不同工况对质子交换膜...     

空气电极催化层中导电炭材料的研究(II)

将气相生长碳纤维(VGCF)加入到锌空气电池空气电极催化层中,通过热压成型制备三相气体扩散电极。用电流-电位极化曲线研究了这种空气电极的性能及VGCF加入量对电极性能的影响。结果表明,添加一定量的VGCF,可以降低电极极化,提高空气电极性能。     

造孔剂对PEMFC膜电极性能的影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极的催化层中加入造孔剂以减小气体反应物的扩散传质阻力。提出了两种新型造孔剂,分别为低分解温度的NH_4HCO_3和高溶解度的(NH_4)_2SO_4。实验结果表明,加入适量的造孔剂NH_4HCO_3,可使膜电极在H2-空气条件下的输出功率获得显著提高;加入适量的造孔剂(NH_4)_2SO_4,可使膜电极大电流工作时的性能得到明显改善。环境扫描电镜(ESEM)的测试结果表明,造孔剂的加入使膜电极催化层的孔结构得到优化,更有利于传质过程的顺利进行和提高催化剂Pt的利用率。     

空气电极催化层中导电炭材料的研究(Ⅱ)

将气相生长碳纤维(VGCF)加入到锌空气电池空气电极催化层中,通过热压成型制备三相气体扩散电极.用电流-电位极化曲线研究了这种空气电极的性能及VGCF加入量对电极性能的影响.结果表明,添加一定量的VGCF,可以降低电极极化,提高空气电极性能.     

PEMFC的自增湿膜电极结构和性能研究

设计并制作了一种新结构的质子交换膜燃料电池(PEMFC)自增湿膜电极。其特点是在催化层和扩散层之间建立水管理层(WML),WML由不同质量比的炭黑和聚四氟乙烯(PTFE)组成双层结构。为了减小气体反应物的扩散传质阻力,在WML的制作过程中加入了具有高分解温度和高溶解度的(NH4)2SO4造孔剂。用单体PEMFC的电流密度-电压曲线评价了膜电极在外增湿和自增湿方式下的极化特性;用环境扫描电子显微镜(ESEM)表征了膜电极的表面形貌和孔结构。实验结果表明,所制备的膜电极具有良好的水管理能力,在较宽的电流区域内具有良好的电化学性能。     

阴极扩散层结构对空气自呼吸式DMFC性能的影响

采用三种碳粉制备了阴极扩散层,对其表面形貌、孔隙率、透水压和透气性进行了表征,并将其应用于空气自呼吸式直接甲醇燃料电池.结果表明,与Vulcan XC-72R和Black Pearls 2000碳粉所制备的阴极扩散层相比较,采用Printex XE-2碳粉制备的阴极扩散层具有较高的孔隙率和适中的孔径,具有较高的透气性和较低的透水压,有利于阴极气体扩散和水的排出,提高了空气自呼吸式直接甲醇燃料电池的性能和极限电流密度.     

质子交换膜燃料电池电极用气体扩散层材料

通过分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)电极用气体扩散层的功能特点及性能要求,对几种常用于PEMFC电极中的气体扩散层材料,如碳纤维纸、碳纤维编织布、非织造布及炭黑纸等进行了评述,介绍了它们的基底制作工艺及后处理工艺,同时对几种典型的憎水处理方法作了简要的说明。针对各种气体扩散层材料存在的缺陷,指出研究开发具有高性能的气体扩散层材料将有利于改善PEMFC电极的综合性能。     

小孔气体扩散电极的放电机理探索

借鉴植物叶片高效传输的机理,以包含规则排列的贯通直孔的镍片作为骨架材料,与自制催化剂组成小孔气体扩散电极,在锌空气电池体系下与常规泡沫镍电极的放电性能进行比较,并考察不同孔径的小孔气体扩散电极之间的放电特征。结果表明,小孔气体扩散电极相比泡沫镍电极存在更好的放电性能,降低了电极在大电流密度工作时的极化过电位。当电流密度在低于1 000 mA/cm2工作时,放电性能与孔径大小成线性关系,孔径为50μm时,放电效率最佳。总结了小孔气体电极相对泡沫镍气体扩散电极放电效率明显改善,并随着孔径变化放电性能呈现尺度效应,内部结构稳定,间歇放电性能变化较小。     

造孔剂对空气电极电性能的影响

为研究造孔剂的种类、含量对锌空电池空气电极电性能的影响,分别对添加不同用量的聚乙二醇200(PEG200)、(NH4)2C2O4和NH4HCO3等3种造孔剂的空气电极进行透气性能和稳态电流-电压极化曲线的测试,并用扫描电镜(SEM)对其防水透气膜和催化膜的表观形貌进行观察,研究结果表明:采用热分解造孔方法,在这3种造孔剂中PEG200的造孔效果最好;在防水透气膜和催化膜中分别添加质量分数为7.5%、15%的PEG200,所得空气电极在相同电位下的极化电流最大;由SEM观察可见:PEG200含量分别为7.5%、15%的防水透气膜和催化膜微孔的孔径分布更加均匀、孔隙率更大。     

炭黑对锌空气电池空气扩散电极电性能的影响

为了研究炭黑对锌空气电池空气扩散电极电性能的影响,选用不同种类的炭黑作为锌空气电池空气扩散电极的导电剂,采用辊压法制备出空气扩散电极,测试了空气扩散电极的含液率、极化曲线、使用寿命和所得AA型锌空气电池样品的放电容量,还利用扫描电镜(SEM)对空气扩散电极催化层的表观形貌进行了观察。研究结果表明,Shawinigan Black AB 50炭黑的疏水性最好,所得空气扩散电极的含液率最低、电性能最好、使用寿命最长,所制AA型锌空气电池样品的放电容量可达4.6 Ah。     

纤维镍电极的研究

本文报告了以一种纤维镍基为载体的氧化镍电极、使用特例的非烧结纤维镍基和以电化学方法浸渍在该镍基上的氢氧化亚镍能够形成高性能和高比容量的纤维镍电极,与传统的烧结式镍电极相比,电极厚度容易控制,活性物质利用率达92％,电极柔软易卷。对这种镍电极在工业上应用的可能和存在的问题进行了讨论。     

直通管模型气体扩散电极的电流分布计算

用基于单孔模型基础上的规则直通管模型计算气体扩散电极的电流分布。假设仅有活化极化和欧姆极化存在的情况下,此时电化学反应发生在电解液、气体和电极固体骨架的接触线上。在该状态下,考察了孔径和孔隙度对电流分布的影响,以及在过电位初值大于和小于0.1 V时的电流分布。通过提出一种假设的规则直通孔分布的模型实现了沿电极厚度方向各个位置电流分布的理论计算,可为制造高效电极提供理论依据。     

VRLA电池的AGM隔板和氧传输(1)

VRLA电池实现了内部氧循环,电池可以密闭.充电时,正极产生的氧能通过具有良好传输性能的AGM隔板到达负极,与活性物质发生反应,被还原成水,这过程被称为氧再化合作用或密闭氧循环过程.这个反应过程,要求AGM隔板有良好的孔隙结构和高的孔隙率;AGM隔板的孔隙与负极活性物质的孔隙应当互相匹配;AGM隔板要有良好的耐酸性和弹性等.氧在AGM隔板中的传输速度不但与隔板的孔结构有关,还与隔板中电解液的饱和度有关.电解液的饱和度高时,氧的传输速度低;电解液的饱和度在60%左右时,氧的传输接近在气相中扩散的情况.在AGM隔板中添加适量憎水合成的玻璃纤维,可以增加隔板强度和电池的注酸量.     

热压复合的燃料电池用亲水-憎水复合电极

对憎水电极和亲水电极进行热压复合,制备了燃料电池用亲水-憎水复合气体扩散电极;通过极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)等方法研究了电极结构对电池性能的影响。该复合电极既具有憎水电极气体扩散速度快的特点,又具有亲水电极质子传导通道多的优点,降低了电化学反应电阻,扩大了催化反应的三相界面,提高了燃料电池的性能。在电流密度为1000mA/cm2时,使用复合电极的电池的电压比使用亲水电极和憎水电极的电池分别高19.6%和15.1%。