质子交换膜燃料电池膜电极组件研究进展综述

燃料电池具有能量密度高、利用率高和清洁安静等优点,质子交换膜燃料电池因能够在近常温条件下工作而备受关注,其中膜电极是燃料电池的核心部件。综述了质子交换膜燃料电池膜电极组件的研究进展,从质子交换膜、催化层和气体扩散层3方面阐述各部件在膜电极中的作用,及其对膜电极性能的影响,并讨论通过调控膜电极中不同部件的结构提高膜电极性能的方法,提高贵金属催化剂的利用率,降低膜电极组件中贵金属用量。     

燃料电池膜电极中铂担载量测试方法研究

膜电极(MEA)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的能量转换单元,在催化剂作用下将化学能转化为电能。铂基催化剂目前仍是商用PEMFC不可替代的催化剂,其中膜电极中铂担载量已成为PEMFC性能评价的一项重要指标。通过对现有PEMFC膜电极铂担载量测试国标方法进行了改进,并研究了PEMFC膜电极铂担载量测试的微波消解前处理方法。与国标方法相比,微波消解-ICP-MS法测定结果的准确性与标准方法相当,测试效率明显提高。     

中科院大连化物所质子交换膜燃料电池用Pt/C电催化剂的研究

电催化剂是质子交换膜燃料电池中非常重要的关键材料，文中详细地介绍了大连化学物理研究所燃料电池工程中心所研制的高分散度Pt/C催化剂的制备和表征结果，采用这种Pt/C催化剂组装了5kW的电池组，电池组良好的性能验证了催化剂的高活性，为了提高催化剂的利用率，文中研究了催化剂分散度和电池性能的关系，研究表明阳极侧催化剂分散度越高对提高电池的性能越有利，而在阴极侧Pt分散度的增加对电池的性能影响不大，这是因为反应界面上Pt分散度增加后降低了氧还原反应的比活性。     

质子交换膜燃料电池改性铂基催化剂研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其工作效率高、启动速度快、环境友好等优点而倍受青睐。所用催化剂中的核心组分(金属铂)的成本和催化性能是制约其实现商业化的关键因素之一。目前有关改性铂基催化剂应用于质子膜燃料电池的研究工作主要集中在2个方面：一是通过改性催化剂的结构降低铂用柎;二是改性载体材料制备活性组分高度分散的高性能催化剂。综述柚近年来质子膜交换燃料电池改性铂基催化剂的研究进展,并对PEMFC催化剂的发展做柚展望。     

质子交换膜燃料电池研究现状

质子交换膜燃料电池在结构和关键技术方面已取得很大突破,但是在降低制造成本以及提高催化剂抗中毒能力等方面还存在一定问题。简要介绍了质子交换膜燃料电池的原理,概述了面临的困难以及最新的解决办法,并对质子交换膜燃料电池的发展前景进行了展望。     

喷涂方式在膜电极制备中的应用

为了找到适合质子交换膜燃料电池膜电极的喷涂制备方法,主要论述了高压无气喷涂、压缩空气喷涂、混气喷涂、静电喷涂和超声波辅助雾化喷涂几种常用喷涂方式的喷涂原理和特点,以及在燃料电池膜电极制备中的应用可行性.通过对几种喷涂方法的优缺点进行对比,初步选择了高压无气喷涂和混气喷涂为拟采用的方式,而后经过试验测试比较,找到了比较适合膜电极超薄涂层的制备方法--混气喷涂方法,对今后燃料电池膜电极的制备方法研究具有一定的指导意义.     

质子交换膜燃料电池中TA1双极板的表面改性研究

针对TA1金属双极板,采用双辉光等离子方法制备出表面Zr改性层(Zr-TA1),研究了改性层的微观结构和性能.结果 表明,Zr改性层厚度约为3μm且表面平整致密.在模拟PEMFC阴/阳极环境下,Zr-TA1的自腐蚀电位明显升高,腐蚀电流密度降低了1～2个数量级.Zr改性层提高了TA1的疏水性能,其接触角由TA1双极板的...     

质子交换膜燃料电池电催化剂的研究现状与展望

概述了质子交换膜燃料电池电催化剂的研究进展以及制备技术,就质子交换膜燃料电池(PEMFC)的发展前景提出了作者的看法。     

Fe掺杂对质子交换膜燃料电池Pt/C催化剂性能的影响

用铁作掺杂元素,通过液相均相沉淀-气/固高温还原两段反应方法制备了碳载Pt-Fe合金催化剂,比较了3种不同Fe含量催化剂的电催化性能.采用X射线衍射和X光电子能谱技术研究了Fe掺杂对Pt/C催化剂晶体结构及表面元素存在形态的影响.结果显示:Pt-Fe/C催化剂比单一Pt/C催化剂有更小的晶格参数,其中Fe元素可能的存在形态应为与铂结合的合金态,但不排除表面存在部分氧化态.单电池放电稳定性实验表明:在200 mA·cm-2电流密度下放电时电池电压基本稳定,其中Pt与Fe摩尔比为1∶1时电极催化效果相应较好,但大电流密度放电时电池电压下降比单一Pt/C催化剂电极的快,这说明Fe的加入能提高催化剂的电催化性能,但阴极表面氧原子浓度较大时,Fe可能发生氧化而使得电极稳定性受到影响.     

质子交换膜燃料电池双极板的研究现状及展望

质子交换膜燃料电池（PEMFC）除具有燃料电池的一般特点（如能量转化率高、环境友好等）外,同时具有可在室温快速启动、寿命长、比功率和比能量高等特点,已成为世界各国研究热点之一。双极板是PEMFC的关键部件,对其体积、重量、性能等都具有重要影响。目前,国内外有关双极板的研究主要集中在材料和流场设计方面,尤以材料设计为研究重点。本文重点阐述了国内外双极板材料和流场的研究近况,对比分析了不同材料和流场双极板的优缺点,对其应用及发展前景进行了展望。     

质子交换膜燃料电池用铝合金双极板研究

以铝合金为基体材料的双极板,用电脑雕刻方法制作流场,采用碱性-酸性双镀液体系化学镀镍磷合金镀层.研究了热处理对镍磷合金镀层的表面形貌和耐腐蚀性的影响.结果表明,铝合金双极板经过化学镀镍磷合金后,可以满足质子交换膜燃料电池的性能要求.     

膜电极薄膜层合同步补偿控制方法研究

变截面密封介质SEAL膜层合是燃料电池膜电极组件(MEA)制备的重要工序,针对膜电极SEAL膜层合中两侧密封薄膜切口对齐的工艺要求,以无轴同步传动技术为基础,提出一种具有误差补偿功能的主从式多辊同步控制方案.为更好地保证薄膜传输的同步性,该方案根据密封薄膜分布有均匀切口的特点实现了全闭环的位置同步误差补偿.实验结果表明,此种控制策略可以有效地降低薄膜传输过程中的位置同步误差,以实现薄膜输送的精确位置同步,满足相应的工艺要求.     

质子交换膜燃料电池金属双极板改性碳基涂层技术研究进展

对比了碳基涂层改性金属极板、未涂覆的金属极板和传统石墨极板性能的优劣,阐述了碳基涂层在优化金属极板导电耐蚀性能方面取得的最新成果,以及在质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cells, PEMFCs)环境长期运行后,碳基涂层出现性能失效及寿命受限等问题。通过分析影响碳基涂层性能的因素,指出由于非晶碳材料设计、微观结构等对其性能影响规律的系统化研究不足,导致非晶碳涂层/金属极板损伤及退化机理不明确。重点阐述了国内外关于PEMFCs金属极板改性碳基涂层材料技术的研究进展,包括调控本征碳基涂层(a-C)微观形貌优化涂层性能;采用理论计算与实验相结合的方法制备金属掺杂碳基涂层(a-C:Me),解决涂层与特定金属基体间粘附性差、压应力高等问题;设计多层结构碳基涂层以减少贯穿性缺陷。探讨了几类涂层失效机制,并对金属极板改性用碳基涂层技术进行了展望。     

用旋转圆柱电极研究铝表面氧化膜

采用恒电流极化、电化学阻抗测试等方法,通过旋转电极研究在不同转速下纯铝及铝合金在4 m mol/L的NaOH电解液中氧化膜的生成与脱落情况.结果表明:在未加极化时纯铝表面也会形成一层薄的氧化膜,基本认为这层膜为较为疏松的单层多孔层膜,膜的脱落随转速的增加而加快.极化后纯铝表面形成了有一定厚度的双层氧化膜,内层与铝基体结合紧密,在转动情况下也不易脱落,外层较为疏松,在转动时很容易脱落.铝合金由于合金化的影响很难形成稳定的氧化膜,且氧化膜在静态时就很容易脱落,转速对其影响不大.     

中科院大连化物所质子交换膜燃料电池用抗CO电催化剂的研究

本文介绍了大连化学物理研究所燃料电池工程中心所研制的PtRu/C和PtRu-HxWOy/C两种抗CO催化剂的制备和表征结果,PtRu-HxWOy/C采用复合载体法制备.当以含CO的燃料操作时,所研制的抗CO催化剂制备电池的性能明显高于Pt/C制备的电池.开发了一种复合结构的抗CO电极,这种电极具有良好的抗CO能力.用这种结构的电极组装的5-kW电池组以甲醇重整气为燃料时表现出良好的性能.     

质子交换膜燃料电池催化剂纳米铂材料研究进展

提高活性、降低贵金属担载量是质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化剂的重点研究内容,纳米铂材料是提高阴极氧还原反应(ORR)活性的核心研究方向之一。基于对104篇文献的分析,综述了纳米铂颗粒的粒径、晶面和形貌对催化剂的活性和寿命的影响,以及纳米铂合金的成分和核-壳结构等因素对催化性能的影响。分析现有方法技术的优点和不足,提出催化剂有序化结构和优化ORR反应过程的研究方向。     

B95铝合金在铈盐溶液中形成转化膜的电极反应机理

采用电化学阻抗谱(EIS)研究B95铝合金在10 mmol/L CeCl3溶液中转化膜的形成过程,在建立稀土转化膜成膜过程三阶段机理基础上,采用电化学阻抗谱(EIS)技术研究溶液中氧含量、H2O2、pH值等各种条件变化对转化膜形成过程的影响。结果表明:O2参与的反应不是Ce转化膜形成速度的决定步骤,添加H2O2加快Ce转化膜形成速度,特别是形成过程的第一阶段;微阴极区氧主要按二电子途径还原,使局部pH上升,当pH达到或超过8.05时,Ce(Ⅲ)水合氢氧化物/氧化物开始沉积;Ce(Ⅲ)转化膜达到稳定平衡阶段,部分Ce(OH)3会被氧还原的中间产物H2O2氧化成CeO2;在中性或弱酸性溶液中,提高溶液的pH值对最终成膜有利。     

金红石型TiO2的氧化硅膜包覆及其动力学研究

目的 研究以液相沉淀法制备硅包膜钛白粉(SiO2@TiO2)及氧化硅在TiO2粒子表面的沉积成膜过程动力学,从而指导钛白粉表面改性工艺的优化。方法 以硅酸钠为包膜剂在TiO2表面包覆氧化硅膜层,通过比表面积、Zeta电位、SEM和酸溶率分析,研究包膜温度、包膜pH、熟化时间等工艺条件对SiO2@TiO2膜层结构的影响。采用动力学模型对氧化硅在TiO2粒子表面的反应成膜过程进行计算拟合。结果 在包膜温度368 K、包膜pH=9.0以及反应熟化时间180 min时,获得的SiO2@TiO2氧化硅膜层致密性好,酸溶率稳定在14%的较低水平,比表面积保持在10.58 m²/g,等电点维持在2.34。氧化硅在TiO2粒子表面的成核点形成阶段的活化能为16.31 kJ/mol,生长成膜阶段的活化能为25.80 kJ/mol。结论 提高反应温度、在弱碱性条件下、延长熟化时间可使制备的SiO2@TiO2膜层致密性提高;SiO2@TiO2的比表面积、等电点与反映SiO2@TiO2膜层致密程度的酸溶率具有高度的相关性;氧化硅膜层在TiO2表面的包覆过程分为成核点形成以及氧化硅沉积成膜两个阶段,均符合三级反应动力学特征。     

直接甲醇燃料电池活化过程中膜电极变化

采用水煮电极和恒压放电两种方法活化膜电极(MEA),考察了活化前后膜电极及电极上阳极(PtRu/C)与阴极(Pt/C)催化剂的变化情况.电极极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)测试发现,活化后的电极性能有较大提高,膜电极的电阻降低.X射线衍射(XRD)的分析表明膜电极上阳极和阴极催化剂都发生聚集长大.分别采用CO吸附溶出法和氢吸脱附法测量MEA的阳极和阴极催化剂的电化学活性面积(ESA),结果表明,尽管催化剂的颗粒长大,但经过恒压放电活化的阳极和阴极的电化学活性面积分别提高了20.9%和5.0%.同时发现恒压放电活化的方法相对于水煮电极活化的方法更有利于提高膜电极性能.     

我国功能化电极界面研究取得系列创新成果

中科院长春应化所的科技人员在“功能化电极界面的研究——从化学修饰到自组装”方面取得系列具有国际影响力的创新成果，不久前荣获国家自然科学奖二等奖。