PVI/Pd-Nafion改性膜在直接甲醇燃料电池中的应用

用聚乙烯基咪唑/Pd复合物制作浸渍液,对Nafion膜进行浸渍,实现Nafion膜结构改性。并对Nafion改性膜的质子导电性、甲醇渗透性与未改性Nafion膜进行了对比测试;基于改性膜和未改性膜分别组装了单电池,对其性能进行测试。结果表明:改性膜中聚乙烯咪唑和Pd的含量随浸渍时间的增长而增加。同未改性Nafion膜相比,浸渍20 h得到的改性膜具有更低的甲醇渗透率、更高的质子电导率,电池性能明显提升。应用改性膜可改善直接甲醇燃料电池的甲醇渗透问题。     

直接甲醇燃料电池膜电极电化学性能影响因素

研究了温度、Nafion膜类型、甲醇浓度和甲醇流量对直接甲醇燃料电池 (DMFC)膜电极 (MEA )电化学性能的影响。甲醇流量的改变几乎不影响膜电极性能 ,而温度、Nafion膜类型和甲醇浓度对膜电极电化学性能有明显影响。在阴极为常压空气的条件下 ,本实验得到的MEA的最佳运行参数为 :t=60℃ ,聚合物电解质为Nafion 117膜 ,甲醇浓度为 1mol/L ,甲醇流量为 1ml/min或 6ml/min。     

阴离子膜直接甲醇燃料电池

目前质子交换膜直接甲醇燃料电池(PEM-DMFC)面临着甲醇在阳极的电氧化性能差和甲醇从阳极渗透到阴极严重这两大难题。阴离子膜直接甲醇燃料电池(AEM-DMFC)由于采用碱性体系阴阳极的电催化性能大幅提高,电渗析方向的改变减小了甲醇从阳极向阴极的渗透,这些优点有望解决PEM-DMFC目前所面临的难题。主要论述了阴离子膜DMFC的原理,及与质子膜DMFC对比,并对甲醇在碱性条件下电氧化催化剂,氧化机理及反应速率影响因素进行介绍和评述以及对AEM-DMFC的发展做出了展望。     

直接甲醇燃料电池质子交换膜改性研究

直接甲醇燃料电池通常使用美国杜邦公司生产的Nafion膜作固体电解质膜,但甲醇易于通过Nafion膜向阴极渗透。解决这一问题是直接甲醇燃料电池研究领域中的热门课题。简单介绍了Nafion膜的结构及其优缺点,然后对目前各种基于Nafion膜的改性研究和新型质子交换膜的制备与性能研究现状进行了综述。     

直接甲醇燃料电池膜电极性能衰退原因的分析

分析了直接甲醇燃料电池在长时间运行过程中膜电极(Membraneelectrodeassembly,MEA)性能衰退的原因。电池经过86h的恒电流放电后,比功率由130mW·cm-2降为100mW·cm-2,现场(In-Situ)交流阻抗技术对电池放电全程监测的结果显示了电池的欧姆电阻、电荷转移电阻和传质阻力随放电时间的延长逐渐增大;循环伏安测试的结果表明,放电后电极的有效电化学反应表面积有所减小;通过扫描电子显微镜(SEM)观察了放电后MEA断面形貌,发现催化层与Nafion膜间存在明显剥离,增大了质子传导阻力。上述因素的综合作用导致了膜电极的衰退。     

直接甲醇燃料电池膜电极组件的阳极整平层

通过考察有阳极整平层(sub-layer)的膜电极组件(MEA)的极化曲线、SEM图和内阻等,研究了阳极整平层对直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响.在表面喷涂Nafion树脂,对整平层进行修饰,发现喷涂Nafion后的整平层与催化层的结合更紧密,提高了电池性能.在静止式DMFC中,以2 mol/L静止甲醇溶液为燃料,有经过修饰的整平层(1.0 mg/cm2)的MEA在常温下的功率密度达到15.3 mW/cm2,放置1 d后仅有1%的衰减.     

直接甲醇燃料电池膜电极性能衰减分析

分析了“自呼吸式”直接甲醇燃料电池膜电极性能衰减的因素及其影响程度.通过对膜电极进行2 000 h恒电流(25 mA/cm2)放电,对比了放电前后的极化曲线、交流阻抗谱及电化学活性面积.恒电流放电后,膜电极的最大功率密度从初始的29.1 mW/cm2下降到21.8 mW/cm2,开路电压基本不变;交流阻抗谱定量分析表明,阴极的电阻明显大于阳极,并且对膜电极性能衰减的影响程度是:阴极＞＞阳极＞质子交换膜;循环伏安测试显示阴极催化剂电化学活性面积的衰减为21％,明显大于阳极催化剂的衰减2％.     

改性全氟磺酸阻醇膜研究进展

全氟磺酸质子交换膜以其优良的化学稳定性、热稳定性和电导率而广泛应用于直接甲醇燃料电池。然而全氟磺酸质子交换膜存在严重的甲醇渗透问题,致使其在直接甲醇燃料电池中的应用受到了限制。讨论了甲醇在Nation膜中的渗透机理,综述了降低甲醇渗透率的方法,并从电导率和甲醇渗透率的角度对这些方法作出了评论。     

直接甲醇燃料电池中阳极催化剂的研究进展

从铂基合金催化剂、以导电聚合物为载体的复合催化剂和含氮的大环配合物的开发等三个方面重点综述了直接甲醇燃料电池(DMFC)中阳极催化剂的研究进展,同时简要概述了DMFC中甲醇渗透对电池性能的影响及其解决方案。有关研究表明,合金组成、催化剂载体以及大环配合物对阳极催化剂的催化活性和稳定性有着直接的影响。尽管目前已经进行了大量的关于甲醇在阳极催化剂上的作用机理的研究工作,但还未形成共识。另外,利用新的合成方法制备高分散的催化剂也是阳极催化剂发展的重要方向。同时,还须从根本上解决甲醇在Nafion膜中的渗透问题。     

碱性直接甲醇燃料电池的研究进展

甲醇及非贵金属在碱性介质中的氧化特点和高活性为直接甲醇燃料电池的发展开辟了新的方向,即碱性直接甲醇燃料电池(ADMFC).综述了ADMFC的特点、研究现状及面临的挑战和发展趋势.     

直接甲醇燃料电池研究现状及主要问题

直接甲醇燃料电池 (DMFC)具有燃料易运输与存储、重量轻、体积小、结构简单、能量效率高等优点 ,以固体聚合物作为电解质的直接甲醇燃料电池是理想的车用动力电源 ,具有广阔的发展前景。从DMFC性能研究、甲醇穿过Nafion膜渗透的影响、膜研究及电催化剂研究等四个方面描述了直接甲醇燃料电池的研究现状及存在的主要问题 ,结合当前的最新研究成果 ,给出DMFC研究中需要解决的几个关键问题     

自呼吸式DMFC膜电极组件的新结构

提出一种新型的自呼吸式膜电极组件(MEA)结构,将用作阴极集流体的薄金属拉伸网直接嵌入阴极催化层中。电化学阻抗分析表明,新型MEA比传统MEA的欧姆电阻和扩散阻抗更小。新型MEA的最大功率密度可达9.6 mW/cm2(电池温度为25℃),比传统MEA提高了10.3%。长时间40 mA/cm2恒流测试表明,新型MEA有增强的氧传输速率和较好的水管理能力,因此电压衰减速率较小。     

直接甲醇燃料电池用催化阻醇MEA的制备

针对直接甲醇燃料电池(DMFC)催化剂活性低和甲醇渗透等问题,利用Pd的催化阻醇性能,以油胺表面活性剂为添加剂,还原Pd络合物,合成基于Pd的催化阻醇纳米材料,并涂覆到质子交换膜上,与阴极、阳极构成四合一复合膜电极组件(MEA).与常规三合一MEA相比,复合MEA的质子电导率更高,甲醇渗透率降低了 20％,电池性能得到...     

DMFC用阻醇质子交换膜的研究进展

介绍了甲醇分子的渗透机理及直接甲醇燃料电池(DMFC)对质子交换膜(PEM)的基本要求,如低的甲醇渗透率和高的质子电导率.介绍了针对提高Nafion膜阻醇性能进行的各种改性研究,如膜的表面物理改性、掺杂阻醇纳米材料的改性等.评述了其他PEM,如以聚苯并咪唑(PBI)、聚醚醚酮(PEEK)和聚醚砜(PSU)等基膜材料为代表的聚芳环系列PEM.     

工作条件对钛网基MEA性能的影响

为研究工作条件对钛网基MEA性能的影响,以钛网作为电极支撑体材料,以Nafion117作为质子交换膜,以PtRu/XC-72R作为阳极催化剂,以Pt/XC-72R作为阴极催化剂,采用滴涂的方法制备了钛网基MEA阳极和阴极。采用成型温度为135℃,成型压力为5 MPa,保压时间为180 s的条件热压制备钛网基MEA并在工作条件进行测试,研究结果表明:(1)无论是在室温25℃条件下还是在高温60℃条件下,阴极氧化剂采用0.1 MPa的100 mL/min氧气的功率密度峰值均高于采用自呼吸空气的功率密度峰值;(2)无论是在室温25℃条件下,还是在高温60℃条件下,无论阴极氧化剂为自呼吸空气,还是0.1 MPa的100 mL/min氧气,电解液中的甲醇浓度对钛网基MEA的影响呈现了一致性,即当甲醇浓度从0.5 mol/L变大到1.0 mol/L时,钛网基MEA的功率密度峰值是增大的,当甲醇浓度从1.0 mol/L经过1.5mol/L增大到2.0 mol/L时,钛网基MEA的功率密度峰值逐渐减小;(3)当工作温度从25℃逐渐增大到80℃,钛网基MEA的功率密度峰值从5.19 mW/cm2逐渐增大到17.10 mW/cm2。     

成型压力条件对钛网基膜电极组件性能的影响

为了获得合适的钛网基膜电极组件(MEA)的成型压力条件,以钛网作为电极支撑体材料,采用滴涂的方法制备了钛网基MEA阳极和阴极,并在135℃下,采用0、2.5、5、7.5和10 MPa的成型压力分别热压了5组钛网基MEA。对MEA的微观形貌观察、厚度测量和单电池极化性能研究,结果表明:随着成型压力逐渐增大,钛网基MEA成型厚度逐渐变薄,功率密度峰值先逐渐增大,5 MPa时达到最大值,后逐渐减小。得出5 MPa的成型压力比较合适于钛网基MEA的压制。     

加热喷雾法制备DMFC扩散层的性能研究

采用加热喷雾制备扩散层的新方法,制备出性能优良的膜电极,并组装成单电池进行测试,对电池温度和空气流量两个电池运行参数进行研究。结果表明:加热喷雾法制备膜电极具有良好扩散层结构,获得了优良的电池性能;在电池温度为55℃、输出电压为0.271V时,电池输出电流密度和功率密度分别达到了206.2mA/cm2和55.88mW/cm2。同时实验还表明,空气最佳流量为670mL/min,电池温度的提高有利于电池反应的动力学,进而大幅度提高电池性能。     

不同结构Pd膜对Nb49Ni25Ti26氢渗透性能的影响

采用两种化学镀钯方法(次磷酸钠还原法和肼基还原法)在Nb49Ni25Ti26合金基底上制备Pd(钯)沉积膜,并对两种Pd膜进行XRD结构分析和SEM形貌表征,结果表明,次磷酸钠还原法制备的Pd膜颗粒沉积致密,排列聚集,颗粒尺寸均匀。氢分离电化学性能测试结果表明,以次磷酸钠为还原剂制备的非晶态Pd膜更有利于氢在合金中扩散,具有更高的氢扩散系数。     

DMFC的阻甲醇渗透研究进展

甲醇从阳极到阴极的渗透是影响直接甲醇燃料电池性能的主要因素之一。对甲醇渗透问题进行了综述,重点介绍了阻甲醇渗透技术。近年来,阻甲醇渗透技术的研究主要集中在对全氟磺酸膜如Nafion膜的改性以及其他新型聚合物电解质膜的研制上,此外还可以通过电池操作条件的改变以及电极结构的优化来消除或减少甲醇渗透的影响。