一体式再生燃料电池双效膜电极的研究

对一体式再生燃料电池双效膜电极进行研究,重点考查了膜电极制备工艺、双效电极催化剂和扩散层材料的影响,并用(SEM)对膜电极表面结构进行表征。结果表明:采用CCM工艺制备的双效复合膜电极表现出优异的燃料电池和水电解双功能特性以及循环稳定性,在燃料电池模式运行时,工作电压为0.708 V@1 000 mA/cm2;水电解模式运行时,工作电压为1.623 V@1 000 mA/cm2,URFC循环运行100 h,电池表现出良好的稳定性。膜电极表面结构和极化特性分析表明:CCM膜电极制备工艺实现了催化层和质子交换膜的一体化,改善了电极与质子交换膜界面稳定性,提高了膜电极的电性能和循环稳定性。IrO2扩散层提高了膜电极在高电解电位下的耐蚀性能,促进了膜电极在循环运行中的稳定性。     

千瓦级PEMFC电堆的研制

使用表面改性的金属铝板做双极板,成功组装了含30个质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池的电堆。H2、空气反应气均采用外增湿,使用循环冷却水排出电堆产生的热量。分别使用Nafion115膜和John-MatthyPt/C作为电解质和催化剂,其中Pt载量为0.4mg/cm2。电堆工作温度为室温至100℃,H2与空气工作压力比为0.20MPa/0.22MPa,电堆输出功率为1~1.3kW,输出电流为40~80A,输出电压为26~20V,电极工作电流密度为200~375mA/cm2,电堆能量转化效率为51%。     

熔融碳酸盐燃料电池发电试验研究

概述了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的结构和关键部件的功能及制备方法,组装了200mm×200 mm的MCFC单电池,电流密度最高可达到0.1 A/cm2。在单电池试验成功的基础上,设计加工了560 mm×400 mm的MCFC双极板,并组装了300 W的电池堆,电池堆最高电压3.3 V,平均电压2.8 V,最大电流达到120 A,最大功率达到200W。试验结果验证了所设计的大面积双极板的性能,为研制10 kW级MCFC提供了经验。     

熔融碳酸盐燃料电池组研究

以商用多孔烧结镍 (铬 )板为电极、自制γ -LiAlO2 薄膜为电解质隔膜进行了熔融碳酸盐燃料电池的放大试验。有效面积为 12 2cm2 的 3节串接电池组在 973K和 0 9MPa下 ,输出功率达到 6 5W以上。工作电流密度为 15 0mA/cm2时 ,平均单节输出电压达 0 74V之上。工艺研究表明 ,电池组的性能随原料气压力或工作温度的提高而升高 ,但输出电压随原料气利用率的提高而下降。     

高功率薄型金属双极板PEM燃料电池堆研究

对高功率车用薄型金属双极板PEM燃料电池堆模块进行测试研究.电池堆模块可在空气压力110～300 kPa条件下工作,表现出良好的高、低压兼容特性.当空气压力300 kPa,电池堆温度70℃,工作电流350 A时,电池堆输出功率可达27.2 kW,其质量和体积比功率分别为777 W/kg和1 015 W/L.单电池电压方差求和计算结果显示,在工作电流50～120A的窗口区间内,单池电压具有相对最好的均匀一致性.在320A(约为1 A/cm2)放电电流下,使用纯氢/氧气的电池堆输出功率比使用氢/空气高出约10%.空气相对湿度影响测试结果,电池堆较低功率下,空气的相对湿度80%～100%为佳;而当高功率下,空气相对湿度80%为佳.另外,对4单体薄型金属双极板燃料电池短堆进行耐久性测试,累计超过2 900 h,平均单池电压衰减率约为10 mV/1000 h.     

电流密度和温度对VRB性能的影响

利用千瓦级全钒液流电池(VRB)模块,考察了电流密度和温度等因素对VRB输出性能的影响.在1.000～1.550 V的单体电池工作电压区间内,充电电流密度对容量的影响比放电电流密度大.随着温度从25℃降低至-5℃,VRB的极化从20 mV/20 mA·cm~2增加到40 mV/20 mA·cm~2;以80 mA/cm~2和40 mA/cm~2循环时,能量效率降低率分别约为0.32%/℃和0.06%/℃.     

LiSi/LiNO_3-KNO_3/Cu_3V_2O_8热电池放电性能的研究

通过高温烧结制备了热电池的正极材料Cu3V2O8(CVO)。采用粉末压片工艺制备单体电池,在200~325℃测试电池的放电性能。结果表明,以10 mA/cm2放电时,单体电池有高且平稳的电压平台。提高温度可增大电池放电电流,可实现100 mA/cm2电流密度放电。在300℃时对单体电池进行200 mA/cm2脉冲放电,结果表明,该热电池可以很好地进行脉冲放电,且脉冲放电完成后,基本没有引起电压下降。该热电池有高电位大容量的优点,并具有小电流长时间放电、大电流短时间放电和大电流脉冲放电的特点,有望用于地热和石油天然气勘探设备中。     

LiSi/LiNO_3-KNO_3/(MnO_2/石墨烯)热电池电性能研究

通过水热法合成制备了MnO_2/G复合材料,采用粉末压制工艺成功制备了LiSi/LiNO_3-KNO_3/(MnO_2/G)单体电池,利用XRD、DTA分析了MnO_2/G复合材料的结构及其与硝酸盐电解质的兼容性,采用恒流和脉冲两种放电模式研究了单体电池的电性能,并分析了放电温度和电流密度对电性能的影响。测试结果表明:温度和电流密度对电性能影响很大,在350℃测试温度下,放电平台比较平稳,有最高的放电容量;在30 mA/cm~2电流密度下,放电过程中有高且平稳的放电平台,平台电压截止2.0 V时,比容量达到639.5 mAh/g;该电池有较好的抗脉冲性能。     

离子交换膜燃料电池技术的发展和应用前景

介绍了世界上离子(质子)交换膜燃料电池的最新进展.目前,已商品化的单体电池有效工作面积780cm~2,铂催化剂载量1～4mg/cm~2,工作温度80℃,采用纯氢和纯氧为燃料和氧化剂,工作压力为1.03×10~5～4.48×10~5Pa,工作电流密度为500mA/cm~2时,电池工作电压可达0.7V,工作寿命可达10000～20000h.这种电池在潜艇、飞船及电动汽车等领域有良好的应用前景.     

固定电站用燃料电池系统性能衰减的规律

对某固定电站用燃料电池系统在恒负载条件下的性能衰减规律进行了研究.电压和功率随着运行时间的增加线性衰减,电堆和单体电池的电压衰减速率分别为0.042 V/h、0.37 mV/h,电堆和辅助系统的功率衰减速率分别为2.8 W/h、0.4 W/h.经过150 h的运行,燃料电池堆的稳定性和单体电池的一致性下降,燃料电池系统的效率下降3％;电堆性能受限于性能最差的单体电池;辅助系统功率是影响系统效率的主要因素.     

直接甲醇燃料电池性能研究

以自制的PtRuMo/C和Pt/C分别为阳极、阴极催化剂制备了膜电极,考察了单电池在常压下的性能,分析了影响电池性能的因素。研究结果显示以氧气为氧化剂在常压、室温工作,50mA/cm~2时,稳定输出电压0.237V;以空气为氧化剂时,在常压、室温工作,输出电流密度40mA/cm~2时稳定的输出比功率为8mW/cm~2。适宜的操作条件:甲醇浓度为2.5mol/L,甲醇流量为1.04mol/L,氧气流量范围60￣100SCCM,空气流量范围为125￣200SCCM。电池性能的初步分析显示,催化层中存在较高的质子传递电阻,使得电池在大电流放电时性能下降较快,限制了比功率的提高。     

Co_3O_4电催化BH_4~-及在DBFC燃料电池堆中的应用

将Co_3O_4应用到直接硼氢化物燃料电池(DBFC)阳极催化剂中。循环伏安曲线、交流阻抗谱测试表明,Co_3O_4在碱性溶液中对KBH4的电氧化具有良好的催化作用;在以氢镍电池专用隔膜纸(FS2226-14E)为隔膜的条件下,与LaNiO_3/C双功能空气电极组成DBFC的最大放电功率密度为92 mW/cm~2。在此基础上,设计了一种能够实现物料互联和电子互联的圆柱DBFC堆,该电池堆由6个电池单元(有效电极面积1 cm2)组成的电池堆进行了结构设计,采用3D打印技术进行一次成型,选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS,密度为1.02 g/cm~3)为电池堆材料,对电池堆的电性能测试表明:开路电压可达6.2 V,最大功率为425 mW(对应的放电电流为120 m A),且具有良好的稳定性。     

碱性BH4-在铜阳极上的电化学行为

用线性极化方法研究了铜对BH4-氧化的电化学行为。室温下,在2.0 mol/L NaBH4 2.0 mol/L NaOH的阳极电解液中,由铜阳极、铂阴极和NRE-212膜组成的直接硼氢化物燃料电池(DBFC)的最大电流密度和最大功率密度分别为235mA/cm2和46.14 mW/cm2;用恒流法以20 mA/cm2进行寿命测试,电压在0.6 V左右稳定达50 h。扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)测试的结果表明:实验中阳极表面形貌不断变化,但始终为铜单质。     

全钒氧化还原液流储能电池组

用10节单电池组成了全钒液流电池组,每节单电池有效电极面积为451.4 cm2,电极材料为聚丙腈石墨毡,双极板为石墨板,隔膜为Nafion膜。室温下工作时电池组最大输出功率为1.23kW,比功率0.27W/cm2。充放电电流密度为20 mA/cm2时,电池组的电压效率达87.8%,能量效率达78.2%。     

基于PCB技术的微型PEMFC的研究

采用印刷电路板(PCB)技术研制了微型质子交换膜燃料电池(PEMFC),峰值功率密度为115 mW/cm2.无水热管理系统、室温常压下运行172h,电池的性能稳定,电压波动范围仅约0.02 V.采用改进后的准双极结构组装了由6只单体电池组成的电池组,峰值功率为671mW.     

用于碱性膜燃料电池的SEBS基阴离子交换树脂

碱性阴离子交换树脂作为碱性膜燃料电池膜电极催化层中的离子导体和粘结剂,对构建稳定的立体化电极催化层结构以及碱性膜燃料电池的性能和稳定性具有重要影响。以聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)三嵌段聚合物(SEBS)为基材,经过氯甲基化、三乙胺季胺化、碱化,制备了不溶于水,但能够溶于低沸点溶剂(正丙醇和四氢呋喃混合溶剂)的阴离子交换树脂(AEI)。通过流延法将AEI成膜,并且测试了膜的吸水率、溶胀率、离子交换容量和氢氧根离子电导率,结果表明:膜的溶胀率为20%,离子交换容量为0.21 mmol/g,在80℃时离子电导率达到16.2 mS/cm。用这种AEI制备电极组装电池,在H_2/O_2碱性膜燃料电池的测试中表现出良好的性能和稳定性,电池的开路电压达到1.04 V,峰值功率密度达到153 mW/cm~2;在100 mA/cm~2电流密度条件下的稳定性测试中,初始电池电压在0.7 V以上,电池运行30 h后,电池电压未发生明显降低。     

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.