Nafion膜厚度对质子交换膜燃料电池性能的影响

采用不同厚度Nafion膜 (Nafion 117,115 ,1135 ,112和 10 1)组装质子交换膜燃料电池 (PEMFC) ,通过测试电池极化曲线 (U/I) ,研究Nafion膜厚度对PEMFC工作性能、氧气还原反应的电极动力学参数和电池内阻的影响 ,通过线性回归分析不同厚度Nafion膜组装PEMFC的内阻计算了Nafion膜材料的电导率。实验结果表明 :( 1)降低电解质膜的厚度将会降低电池的内阻 ,从而有利于提高PEMFC的工作性能 ;( 2 )随着膜厚度的降低 ,U0 值有降低的趋势 ,Tafel斜率b值变化不明显 ;( 3)厚膜组装电池的极化曲线在低电流密度时就偏离了线性 ,其主要原因是质子传质极化引起的 ;( 4 ) 80℃时Nafion膜材料的电导率约为 0 .0 77Ω-1·cm-1。     

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。     

扩散层形态对质子交换膜燃料电池性能的影响

研究了扩散层中过渡层所用碳粉的性质和担载量对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。采用扫描电镜对以AcetyleneBlack、VulcanXC-72、KetjenBlackEC300J和BlackPearls2000四种碳粉制备的扩散层表面形态进行了表征,并分别在1.40mg/cm2和1.00mg/cm2碳粉担量下比较了由这四种碳粉制备的扩散层的电极性能。在以AcetyleneBlack为过渡层碳粉材料时优化了碳粉的担量。实验结果表明随过渡层中所用碳粉比表面积的降低电极性能增加;过渡层中碳粉担量存在一个最佳值;担量为1.00mg/cm2的AcetyleneBlack制备扩散层的电极性能最好,最高比功率可达0.75W/cm2。     

PEM燃料电池用气体扩散层材料研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池用气体扩散层的作用和性能要求,论述了碳纤维纸、碳纤维编织布、无纺布、碳黑纸以及金属材料等几种用于PEMFC的气体扩散层材料的性能参数和试验结果,介绍了它们的制作工艺、注意事项,以及各自的优缺点。     

电极结构对质子交换膜燃料电池性能的影响

采用沉积法制备质子交换膜燃料电池电极,研究了电极结构对电池性能的影响。催化层内憎水材料聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）形成憎水孔,为气体传递提供通道,减小传质过电位,但是过多的ＰＴＦＥ将增大电子阻力;催化层内浸入质子导体Ｎａｆｉｏｎ,为质子传递提供通道,增大电化学反应界面,提高催化剂的利用率,但过多的Ｎａｆｉｏｎ将减少气体通道,增大气体传递阻力;同样催化层中催化剂亦有最适值,过少不能满足电极电化学反应的要求,过多将增大气体和质子传递阻力。本文所制的电极在获得最佳电池性能时,催化层内催化剂Ｐｔ为６ｍｇ／ｃｍ２,Ｎａｆｉｏｎ为０．５ｍｇ／ｃｍ２,ＰＴＦＥ为１０％。     

空气中NH_3杂质对PEM燃料电池性能的影响

研究空气中的NH_3杂质对常温(电池温度80℃左右)质子交换膜(PEM)燃料电池性能的影响。使用燃料电池测试系统测试了PEM燃料电池的极化特性和交流阻抗,采用等效电路法获得PEM燃料电池的等效电路元件,分析了空气中NH_3质量浓度、电池温度和NH_3通入时间对PEM燃料电池性能的影响。研究发现空气中NH_3对电池性能的影响与NH_3质量浓度和NH_3通入时间有关:浓度越低,影响越小;短时间内通入含NH_3的空气对电池的性能影响很小,但长时间通入对膜电极的损害较大;被NH_3毒化后PEM燃料电池再通入纯净空气后电池性能很难恢复。     

金属离子对质子交换膜燃料电池性能的影响

研究了金属离子对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响.通过将质子交换膜、电极催化层、扩散层(GDL)在模拟电池生成水的离子溶液(Ca2 、Mg2 、Na )中浸泡不同的时间,考察了Nafion NRE-212膜和催化层中氢离子含量、扩散层的接触角,并通过组装电池比较了处理不同时间的膜、催化层压制成电极后的膜电极性能.结合循环伏安技术分析了金属离子对电极催化层的影晌.实验结果表明随着浸泡时间的增加,膜中和催化层中氢离子的浓度都逐渐下降,当膜中H 浓度降为原来的20%以下时,电池几乎不能放电;而催化层中下降为原来的27%时,电极性能却下降不大.说明在相同浓度的金属离子溶液中,催化层中氢离子受金属离子污染程度比膜受污染程度小.     

渐变型流场对PEM燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池流场板结构对燃料电池性能有着重要的影响。在保证模型尺寸和结构尺寸的前提下,建立了5种不同渐变型单直流道质子交换膜燃料电池的三维模型,并用有限控制体法对模型进行了求解。结果表明,当流道宽度不变、进口高度相同的情况下,提高流道的渐变率,即减小流道出口的高度,可以提高电池的浓差扩散,故有利于提高电池的性能,但提高的幅度也越来越小。     

燃料电池用质子交换膜研究进展

简要介绍了用于质子交换膜燃料电池的质子交换膜的工作原理和性能特点 ;对现有质子交换膜的结构和性能进行了分析和比较 ;阐明了针对作为质子交换膜燃料电池重要组成部分的质子交换膜进行深入研究和开发 ,将推进质子交换膜燃料电池技术的商业化进程。     

风冷电堆材料特性对电池性能的影响

风冷电堆简化了常规电池电堆的冷却和供气系统,使其便携性能得到了极大地提高.MEA是质子交换膜燃料电池的核心部件,它由质子交换膜,催化剂,微孔层和气体扩散层等通过一定的工艺制作而成.通过对不同厚度、不同疏水度扩散层( GDL)的研究,得出风冷电堆的GDL最佳厚度的值为0.6 mm,GDL疏水程度为40％时,电池的性能发挥至最大值.     

国产材料燃料电池膜电极的性能研究

为降低燃料电池成本,促进国产燃料电池关键材料的广泛应用,利用国产石墨碳纸、国产全氟磺酸质子交换膜、国产Pt/C催化剂等燃料电池关键材料,采用基于固体电解质支撑催化层的工艺制备了膜电极多层组件.并组装了常压氢-空质子交换膜燃料电池,并对电性能进行了测试分析.通过对国产材料膜电极催化剂层载量、平整层载量以及制备工艺的优化,制备出了性能稳定的高性能国产材料膜电极.实验结果表明,在常压、操作温度为60℃、加湿温度50℃的条件下,国产材料H2-Air燃料电池的最高比功率可达到0.55 W/cm2.实验表明.国产材料膜电极活性面积从5cm2增大到25 cm2.电池在0.5 V至开路区间的电性能几乎没有衰减,为大面积电堆的应用打下了坚实的基础.     

两种不锈钢在PEMFC环境下的耐蚀性

用电化学方法测定了一种高Cr、Ni奥氏体不锈钢和316 L在25℃和70℃时含2x10-6 F-的H2SO4水溶液中的极化曲线,评价了氧化膜/碳纸和钝化膜/碳纸间的界面接触电阻.结果表明,在质子交换膜燃料电池(PEMFC)环境中,高Cr、Ni奥氏体不锈钢的耐腐蚀性优于316 L,在两种介质温度下其钝化电流密度均低于10μA/cm2.钝化膜/碳纸的界面接触电阻明显比氧化膜/碳纸高,并随介质温度提高而增加.这种高Cr、Ni奥氏体不锈钢的氧化膜/碳纸和钝化膜/碳纸的界面接触电阻明显低于316L.     

全国产材料千瓦级PEMFC的研制及性能

采用国产质子交换膜、国产催化剂、国产碳纸和国产石墨板,制备了千瓦级质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆,并完成了该电堆的发电测试及相关试验。该电堆的运行功率密度达到了200mW/cm2以上,电压分布均匀,电堆累积运行1800h后,性能没有明显的下降,整体上稳定性良好。     

Nafion 浸渍的 PEMFC 氧电极性能研究

研究了气体扩散层对聚合物电解质膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）膜电极性能的影响,并比较了Ｎａｆｉｏｎ浸渍和ＰＴＦＥ粘接两种电极制备工艺,分析了采用Ｎａｆｉｏｎ溶液浸渍氧电极后性能提高的原因。实验发现：气体扩散层影响膜电极性能,采用低电阻值的碳纸有利于膜电极性能的提高;采用Ｎａｆｉｏｎ溶液浸渍ＰＴＦＥ粘接的电极显著提高了电极性能,这归因于氧还原反应三维反应区的扩展。     

微孔层对PEMFC自增湿性能的影响

提出了一种微孔层结构模型.制备了具有亲水/疏水复合孔结构的微孔层,并与涂有催化荆的Nafion212膜组装成单体电池进行性能测试.研究表明,制备的微孔层的保水性增加.在无外增湿的情况下与传统微孔层相比,制备的微孔层组装成的单体电池性能较好.在电流密度为400 mA/cm2时,电池的电压提高了约0.1 V,在一定程度上实现了电池的自增湿操作.     

一种奥氏体不锈钢在模拟PEMFC环境中的特性

由于低成本、高强度、易于加工成薄板及其耐蚀性,不锈钢被认为是用做质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板的理想材料。用电化学方法研究了一种奥氏体不锈钢在H2SO4和2mg/LF-水溶液中的腐蚀行为,测量了钝化膜与碳纸间的界面接触电阻。结果表明,这种奥氏体不锈钢在H2SO4和2mg/LF-水溶液中呈现明显的活化-钝化转变,随着H2SO4浓度降低,耐蚀性提高,界面接触电阻增大。     

车用PEM燃料电池堆绝缘电阻的实验研究

电动汽车应用的燃料电池发动机,一般具有100～600V的直流电源电压。应当对其绝缘性能进行相应的试验研究及在线监测,确保符合电动汽车(EV)的电气安全要求。我们利用绝缘电阻在线监视仪在线测量燃料电池发动机中质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆的绝缘电阻,研究各种条件下(如:燃料电池电流输出、操作温度等)燃料电池绝缘电阻的变化规律,为提高和改善电动汽车用燃料电池的绝缘性能提供参考。     

反应气相对湿度对PEMFC性能的影响

反应气相对湿度影响电池内部水的输运和质子膜的质子传导率,合适的反应气湿度可改善电池性能.利用三维数值模型分析反应气相对湿度对直通流道和交叉流道质子交换膜燃料电池性能的影响.模拟结果表明,当阳极反应气相对湿度为100%时,低操作电压条件下,降低阴极反应气相对湿度有利于电池性能提高,然而在高操作电压条件下,电池性能随阴极相对湿度的增加而提高;当阴极反应气相对湿度为100%时,低操作电压条件下,降低阳极反应气相对湿度,电池性能提升,高操作电压条件下,电池性能不依赖于阳极反应气相对湿度.通过对电池内部局部传递特性的分析,从质子交换膜湿润性及阴极传质限制两方面分析探讨了反应气相对湿度对电池性能影响的原因.     

表面改性不锈钢双极板的性能研究

双极板是质子交换膜燃料电池的重要的多功能组件.不锈钢材料由于具有良好的耐腐蚀性能成为金属双极板理想的选择.但其表面高电阻的钝化膜会降低电池性能.测定了经过镀铬后再离子氮化的304不锈钢在模拟PEMFC环境下的电化学性能,测量了氮化层与碳纸之间的接触电阻.结果表明,该表面改性方法使304不锈钢在模拟PEMFC阴极和阳极情况下的钝化电流密度降低,均低于双极板设计标准16 μA/cm2;改性后的304不锈钢的接触电阻值降低,电性能得到了提高.