高功率密度质子交换膜燃料电池研究

采用低铂载量E TEK电极组装质子交换膜燃料电池 (PEMFC) ,研究了质子交换膜厚度、电极立体化的聚合物电解质Nafion含量和操作条件对PEMFC性能的影响 ,同时对电池进行了稳定性试验。实验发现 :(1)使用薄膜电解质(Nafion 112 )显著提高了电池性能 ;(2 )电极立体化的Nafion含量为 0 .9mg/cm2 时性能最佳 ;(3)提高电池温度和气体压力有利于改善电池性能 ;(4 )Nafion 112膜和低铂载量E TEK电极组装的PEMFC稳定性良好 ,在 90 0h内未见电池性能下降 ,且质子交换膜和电极之间相互结合良好 ,无断裂或分层现象发生     

燃料电池的复合质子交换膜研究——不同多孔聚四氟乙烯底膜对复合膜性能的影响

把Nafion树脂浸入到不同的聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜孔中,制成Nafion/PTFE复合膜用于质子交换膜燃料电池(PEMFC).从SEM照片上看,Nafion树脂已均匀地分布在PTFE多孔膜中,而且已有一层均匀的薄Nafion膜存在于PTFE多孔膜表面.在80 ℃,pH2/pO2为0.2 MPa/0.2 MPa条件下,对比基于不同PTFE膜的复合膜组装的电池性能,结果表明,PTFE膜中孔的体积越大,其复合膜组装的PEMFC性能越好.     

无外增湿操作质子交换膜燃料电池

采用Nafion112膜组装 5cm2 活性面积质子交换膜燃料电池 (PEMFC) ,在无外增湿反应气体条件下试验了氢气和氧气并流和逆流时电池的工作性能。实验结果发现 :气体并流时 ,电池的最佳工作温度是 6 0℃ ;气体逆流时 ,电池可以在 80℃稳定工作 ,且性能与外增湿条件下的电池性能相比无明显下降。将PEMFC的活性面积放大到 14 0cm2 ,电池仍可以在气体逆流、80℃和无外增湿条件下稳定工作。     

质子交换膜燃料电池用SPTFS/PTFE复合膜研究

将磺化聚α,β,β 三氟苯乙烯(SPTFS)树脂浸入到多孔的聚四氟乙烯(PTFE)膜的孔中,制成SPTFS/PTFE复合膜用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)。与均质膜相比通过这种复合方法降低了膜的吸水率。复合膜的电导率在10-2S/cm范围。在80℃,p(H2)/p(O2)压力比为0.2MPa/0.2MPa条件下,用复合膜组装的电池性能与Nafion 115膜组装的电池性能进行了比较。复合膜组装的电池在0.5V时的电流密度(1200mA/cm2)大于Nafion 115膜的(1000mA/cm2);在低电流密度区(小于700mA/cm2),复合膜性能低于Nafion 115膜;在高电流密度区(大于1000mA/cm2),复合膜性能明显高于Nafion 115膜。     

用微机电系统技术制作微质子交换膜燃料电池

采用微机电系统(MEMS)技术,在n型单晶硅片衬底上制作微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC)的流场板,并用电子扫描电镜(SEM)观察其表面形貌。将它与用Nafion1135质子交换膜以传统热压方法制备的膜电极组装成H2/空气自呼吸式"PEMFC,该电池的体积为0.28mL,质量不足0.65g。用电化学阻抗谱(EIS)测量了电池装配压缩比与内阻的关系,结果表明:在常温常压下,当压缩比!2%时,随压缩比增加,电池内阻减小,功率性能提高显著;当压缩比为2%时,电池功率性能最好,其峰值比功率约为83mW/cm2;而当压缩比"2%时,这种变化不显著。     

质子交换膜燃料电池的初步研究

组装了质子交换膜燃料电池 (PEMFC)单体并研究了其性能。由于氧电极的性能好坏是质子交换膜燃料电池放电性能好坏的关键 ,因此在电池氢电极侧用部分氢电极作为内氢参比电极 ,可以方便地作出氧电极的极化曲线并对其性能进行评价。考察了催化剂载体、膜电极组件 (MEA)的结构和运行条件对氧电极性能的影响并使用非线性最小二乘法拟合了电池参数。实验表明 :电池的最佳运行温度为 80℃ ,压力为氧气压力 0 .3MPa ,氢电极为 0 .3MPa ,催化层的PTFE最佳含量为 35 % ,Nafion含量为 1mg/cm2 ,Pt含量可以降至为 0 .5mg/cm2 。     

超低铂担量质子交换膜燃料电池电极

为了降低质子交换膜燃料电池(PEMFC)制作成本,必须降低其电极铂担量。中国科学院大连化学物理研究所燃料电池工程中心制备的电极,铂担量已降到0.08mg/cm2。本文使用循环伏安、扫描电镜、电池评价等方法对这种电极进行了分析、表征,其催化剂利用率可以达到30%,催化层厚度大约为5μm。用这种电极与Nafion112组装的电池,性能可达到750mA/cm2,0.7V     

阳极封闭式自增湿质子交换膜燃料电池--水分布及其性能

针对阳极封闭式自增湿质子交换膜燃料电池(PEMFC),建立了Nafion固体电解质膜中水传递理论模型,并得出了PEMFC实现自增湿的判据.模拟了Nafion固体电解质膜厚、电池压差、电池温度及电流密度等因素对膜中水分布与电渗系数的影响,并发现了阴阳两极压差、电池温度对膜中水分布的影响随放电电流密度变化的规律.通过非对称式膜电极(MEA)的方法自制了自增湿PEMFC,实现了阳极封闭式自增湿操作,电池性能非常稳定,最高功率密度可达到1.3W/cm2以上.建立的水分布与电性能模型很好地拟合了实验放电曲线,并得到了自增湿PEMFC氧电极动力学参数,模拟出了阴阳两极压差、温度对电性能影响的极化曲线,得到了实验的证实.     

质子交换膜表面聚苯胺的修饰及其性能

用恒电流方法将聚苯胺沉积在Nafion膜表面。分别用循环伏安和交流阻抗方法研究了聚苯胺修饰Nafion膜的甲醇渗透率和质子电导率。结果表明,Nafion膜的甲醇渗透率和质子电导率均因聚苯胺的修饰而降低,但前者降低幅度显著而后者较小。当沉积电量为0.48C·cm-2时,Nafion膜甲醇渗透率从(3.952×10-7)cm2·s-1降至(2.832×10-8)cm2·s-1,降低幅度超过一个数量级,而质子电导率只从(3.771×10-2)S·cm-1降到(2.681×10-2)S·cm-1。     

质子交换膜燃料电池及系统建模的研究与进展

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行数学模拟,有助于了解电池内部的物理化学过程,为进一步优化电池结构、尺寸和操作条件提供参考。详细介绍了目前PEMFC关于质子交换膜、电极、单电池,电池组和系统四个尺度上的建模现状,并指出了现有模型的优缺点。主要讨论:(1)全氟磺酸膜反胶束离子簇模型,微观尺度上膜的传递机理;(2)电极内传质、传热过程,分析各种电极模型的有效性; (3)水在膜内的传递现象,表明控制适当的水分布对提高电池性能非常重要;(4)单电池模拟过程中对热平衡和水平衡同时考虑。最后,分析了质子交换膜燃料电池建模的发展方向。     

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.     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

综述了燃料电池 (PEMFC)的关键技术———质子交换膜的最新研究进展 ,并介绍和分析了提高质子交换膜的高温质子传导性能的不同方法及特点。     

质子交换膜导电性的测试方法分析

分析了质子交换膜导电性能测试方法 (如直流扫描法、交流阻抗法、同轴探针法 )的原理结果 ,指出由于质子交换膜结构特殊 ,影响因素较多 ,研究测量方法不统一 ,测量结果也不一致。四电极交流阻抗法和同轴探针法测量结果相对准确一些 ,推荐采用。但测试过程中还有许多问题有待进一步研究 ,如膜的纵向与横向电阻的差别、质子补偿、膜的频率响应特性、测试几何尺寸的影响等。测试过程的外部条件的控制 (如温度、湿度等 )也需要规范 ,测试装置要标准化     

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。     

SPEEK膜与Nafion膜在钒液流电池中的应用研究

研究了Nafion膜与SPEEK膜两种质子交换膜的含水率、膨胀率、阻钒性能以及在钒液流电池样机中的充放电性能,并结合两种隔膜的基本化学结构对产生这些差异的原因进行了分析.静态测试结果表明.SPEEK膜的含水率、膨胀率大于Nafion膜,其阻钒性能也比Nafion膜好.在钒液流电池样机中的充放电测试结果表明,Nafion膜的质子交换能力优于SPEEK膜.SPEEK膜与Nafion膜性能的差异可能与两者化学骨架结构以及磺化基团差异有关.     

磺化聚醚砜膜的性能表征

以磺化聚醚砜(SPES)为基膜样品,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为成膜溶剂,采用溶液浇铸的技术制备了一系列不同磺化度的SPES膜,测试了膜的吸水率、接触角、尺寸稳定性、氧化稳定性能。结果表明:SPES膜的吸水率随着磺化度和温度的增加而增加;亲水性也随着磺化度的增加而增加;而尺寸稳定性随着磺化度和温度的增加而减小。SPES膜具有优异的氧化稳定性能,其氧化稳定性随磺化度的增加而变弱。     

可逆质子交换膜燃料电池研究进展

可逆质子交换膜燃料电池(RPEMFC)是一种在同一装置上实现水电解(充电)和燃料电池发电(放电)两种功能的储能电池。随着PEMFC技术的迅速发展,RPEMFC开始引起人们更多关注。介绍了它的工作原理,对电催化、膜电极(MEA)制作、电池性能以及应用等方面的研究进展进行评述。双效氧电极(氧还原和氧气析出)是RPEMFC的技术关键,但其电催化剂的双效高活性功能以及稳定性还没有得到很好解决。由于它的理论比能量高(可达3 600 Wh/kg),可靠性好,并且寿命长,因此RPEMFC在许多蓄电池的应用领域,特别是对质量有严格限制的场合(如航天飞机和太阳能飞机等),将得到广泛应用。     

无机-有机复合质子交换膜研究进展

质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件之一,它的发展对PEMFC的工业化进程具有十分重要的意义。无机-有机复合质子交换膜是质子交换膜发展的新方向。论文综述了共混法、溶胶-凝胶法、表面修饰法、原位聚合法、穿插法等制备无机-有机复合质子交换膜的方法,并对无机-有机复合膜未来的发展方向进行了展望。     

质子交换膜燃料电池系统的设计及计算

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统的设计及计算,根据华南理工大学50 kW燃料电池电站的设计参数,计算了供气量及空气和氢气加湿量,提出了一整套详细的包括供气系统、加湿系统、水热管理系统、安全控制系统在内的燃料电池电站设计方案。     

质子交换膜甲醇渗透的循环伏安研究

研究了硫酸溶液中不同浓度甲醇的循环伏安行为.结果表明:甲醇氧化峰的峰电流与其浓度有着很好的线性关系,因此可以用循环伏安法来定量地测定硫酸溶液中甲醇的浓度.用自制的电解池测试Nafion117膜的甲醇渗透率,结果表明:经过5 h渗透后,Nafion117膜的甲醇渗透率为3.952×10-7cm2/s.