DMFC用膜电极组件的结构及性能

使用加热喷涂技术代替传统室温喷涂法制备立体化层,将立体化层引入直接甲醇燃料电池(DMFC)用膜电极组件(MEA)的结构中,优化立体化层中的Nafion载量,以增大催化层和质子交换膜之间的结合力,减少缝隙,进而降低电池内阻和物料传质阻抗.交流阻抗谱(EIS)和极化曲线证明:立体化层Nafion离子聚合物的最佳载量为0.6 mg/cm2;立体化处理的MEA较传统MEA的功率密度峰值提高19.46％;加热立体化技术将电池性能在55 ℃下提高到151.2 mW/cm2,机理是在进一步降低电池欧姆阻抗的同时,增大了催化层的活性面积.     

放电电流密度对DMFC交流阻抗的影响

测试了膜电极组件(MEA)在不同工作电流密度(J)下的交流阻抗谱,并用等效电路L1R1 (CR2)[ QR3(L2R4)]进行拟合.内阻变化最平缓,先减小,后略微增大,变化幅度小于初始值的10％;阴极法拉第阻抗随着电流密度的增大而减小,当J＞ 1.00 A/cm2时,产生的水膜导致三相界面减少后,该阻抗又增大;阳极反应...     

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。     

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。     

DMFC放电模式与性能稳定性研究

不同放电模式下CO2气体传质对催化层结构稳定性和催化剂电化学稳定性的影响,导致在较长时间运行中直接甲醇燃料电池(DMFC)性能稳定性的不同。DMFC的性能在恒压放电模式下比恒流模式、恒功率放电模式下更稳定。用恒压不间断放电模式进行寿命测试后,电池的输出功率密度减至初始值的15.08%,采用循环伏安法除去阴极催化剂上的吸附物,可部分恢复电池性能。电化学阻抗谱(EIS)分析表明:性能不可逆衰减的主要原因是阳极催化层结构的破坏。     

高浓度甲醇可控汽化传输对DMFC性能的影响

被动式直接甲醇燃料电池(DMFC)要突出高比能的优势必须首先解决高浓度甲醇进料问题。近年来,基于渗透蒸发膜(PVF)的高浓度甲醇进料技术备受关注,但PVF的作用机制和甲醇蒸汽浓度与电池性能之间的关系尚不明确。通过建立的渗透蒸发装置-气相色谱-电池测试系统联用测试方法,实现了甲醇蒸汽浓度的在线监测和可控调节,研究了PVF活化处理时间、温度、液体甲醇浓度及载气流量对产生的甲醇蒸汽浓度的影响,研究了甲醇蒸汽流量、浓度、水汽含量与DMFC性能之间的关系。结果发现:当总流速50 mL/min、甲醇蒸汽浓度4.35×10~(-3)mol/L、水蒸气含量12.22%时,DMFC性能最佳,其最大功率密度可达32.8 mW/cm~2;在室温下40 mA/cm~2恒流放电128 h后电压仍维持在约310 mV,良好的稳定性为被动式DMFC的可靠运行奠定了基础。     

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。     

DMFC阳极催化层离子电阻的测定和优化

利用多孔电极在高频区只有双电层的充电和离子传导过程产生阻抗响应而没有法拉第过程的特点,测定了催化层中的离子电阻,研究了阳极催化层中Nafion 含量对离子电阻、甲醇氧化动力学及电池性能的影响。结果表明:利用多孔电极阻抗谱的上述特征,可以定量地考察Nafion 对催化层离子传导的影响,该法简单快捷。阳极PtRu black催化剂载量为2.0 mg/cm2,Nafion 含量为15%(质量百分数)时,电极的表观交换电流密度和甲醇氧化活性最高,阻抗弧的半径最小,电池呈现最好的放电性能,继续增加Nafion 量,电极的欧姆内阻和传质阻力增大,电极性能下降。     

微型直接甲醇燃料电池的研究进展

讨论了微型直接甲醇燃料电池(μDMFC)的一些μDMFC的研究进展,对前景作了展望.     

DMFC中电催化剂的研究进展

从阳极催化剂的开发和阴极催化剂的开发两个方面重点综述了直接甲醇燃料电池(DMFC)中电催化剂的研究进展.概述了甲醇电催化氧化机理.研究表明:阳极催化剂材料不仅可利用铂基二元或多元合金,而且可利用不含贵金属铂的电子导电混合氧化物,同时开发新的具有高活性和对甲醇无活性的氧还原反应非贵金属催化剂,应成为阴极催化剂研究的一个重要方向.     

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.     

液体进料直接甲醇燃料电池的电化学性能

采用循环伏安法、交流阻抗法和稳态电流 电压极化曲线法,研究了不同操作条件下液体进料直接甲醇燃料电池(DMFC)的放电性能,分析了甲醇浓度、电池工作温度和氧气压力对电极反应的影响。DMFC的放电性能因电池工作温度和氧气压力的提高而改善。增大甲醇浓度,阳极反应动力学性能改善,浓差极化被推迟,但甲醇穿透量同时增加。电池性能在甲醇浓度为2.0mol/L时达到最佳。     

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。     

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.     

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...