GTI''s hydrogen programs: hydrogen production, storage, and applications

The use of hydrogen as an energy carrier could help address our concerns about energy security, global climate change,and air quality. Fuel cells are an important enabling technology for the Hydrogen Future and have the potential to revolutionize theway we power our nation, offering cleaner, more-efficient alternatives to the combustion of gasoline and other fossil fuels.For over 45 years, GTI has been active in hydrogen energy research, development and demonstration. The Institute has extensive experience and on-going work in all aspects of the hydrogen energy economy including production, delivery, infrastructure,use, safety and public policy. This paper discusses the recent GTI programs in hydrogen production, hydrogen storage, and proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) and solid oxide fuel cells (SOFC).     

贮氢合金在PEMFC发电系统中的应用

通过金属氢化物贮氢合金的充、放氢特性试验,以及贮氢器与质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的匹配等试验,获得金属氢化物贮氢合金与PEMFC相匹配的技术特性。发现温度、充/放氢压力以及PEMFC负载等因素影响贮氢器的放氢性能。高的充氢压力有利于提高贮氢合金的储氢量,高的温度和压力能够改善贮氢合金的放氢性能,放氢速率随负载的变化而变化,其变化趋势相同。综合考虑贮氢合金性能的影响因素以及PEMFC发电系统的热特性,最后提出了贮氢合金作为PEMFC发电系统储氢单元的技术方案。     

还原温度对Pt/C催化剂性能的影响

为了研究制备温度对质子交换膜燃料电池(PENFC)用Pt/C催化荆性能的影响,采用离子交换法在不同温度制备了Pt/C催化剂,并采用电化学工作站测试了不同温度样品的电催化活性,分别使用N2吸附、TEM、XRD测定了样品的孔隙、粒径和晶相结构.结果表明:当还原温度为800℃时,Pt/C催化剂具有较大的比表面积和较发达的孔隙结构,颗粒粒径较小,有利于O2还原的Pt(100)晶面含量较大,以样品为催化剂的PEMFC具有较高的功率输出,所以800℃是制备高催化活性的纳米Pt/C的合适温度.     

质子交换膜燃料电池开发现状

论述了单体质子交换膜燃料电池(PEMFC)的技术现状.介绍了国内外PEMFC的研究进展,趋于成熟的贮氢技术,以及未来展望.     

质子交换膜燃料电池电极用气体扩散层材料

通过分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)电极用气体扩散层的功能特点及性能要求,对几种常用于PEMFC电极中的气体扩散层材料,如碳纤维纸、碳纤维编织布、非织造布及炭黑纸等进行了评述,介绍了它们的基底制作工艺及后处理工艺,同时对几种典型的憎水处理方法作了简要的说明。针对各种气体扩散层材料存在的缺陷,指出研究开发具有高性能的气体扩散层材料将有利于改善PEMFC电极的综合性能。     

TEM,XRD和EIS在PEMFC基础研究中的应用

对利用TEM和XRD研究PEMFC中的Pt/C电催化剂以及合金催化剂的物理性能 ,利用EIS研究MEA中PTFE和Nafion含量的影响、电荷传递反应动力学和扩散动力学以及水迁移和水管理的情况、进展和问题进行了评述。最后探讨了可用于PEMFC基础研究的若干新方法。     

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.     

PEMFC水含量的在线表征及暂态过程分析

采用电流线性扫描的方法,研究了暂态条件下PEMFC内氧还原反应(ORR)生成水量对电池性能的影响。利用微探针方法探讨了不同操作条件下燃料电池中膜内水含量的变化情况。结合电化学交流阻抗技术以及相关经验公式,分析了暂态条件下燃料电池MEA内水的扩散特性。结果表明,暂态过程中电流与电压之间的响应在秒级以内,而燃料电池的高频阻抗(HFR)变化相对于电流存在着明显的滞后现象(对于Nafion212在15～20s)。此外,还就燃料电池的吹扫操作进行了探讨研究,并对实验结果进行了理论分析和解释。     

空冷型质子交换膜燃料电池实验研究

对实验室自制的空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)在不同工况时的稳定性、负载阶跃响应、单体电池电压分布以及表面温度分布开展了实验研究。实验结果表明:定期阳极排气可维持空冷型PEMFC长时间稳定运行;大负载条件下,单体电池电压分布均匀性降低,呈现两边高、中间低的现象;电池组温度分布与单体电池电压分布具有一致性。该工作对于空冷型PEMFC性能研究以及燃料电池系统效率提升具有一定的指导和参考价值。     

模拟PEMFC环境下弹性体垫片材料老化研究

垫片材料的耐久性和稳定性对质子交换膜燃料电池(PEMFC)密封及其性能至关重要。采用实验的方法研究一种潜在的PEMFC垫片用材料—甲基乙烯基硅橡胶在两种模拟的PEMFC环境下的老化损伤情况。采用光学显微镜和傅里叶转换红外光谱(ATR-FTIR)技术研究试样在模拟的PEMFC环境下其表面形貌和其化学结构的老化损伤。实验结果表明:材料浸泡在模拟的PEMFC环境下发生老化损伤,试样质量损失随着老化时间的增加而增加;光学显微镜观察结果表明:试样表面形貌发生了显著变化,其老化损伤趋势表现为试样表面从光滑到粗糙,到产生微裂纹,再到裂纹扩展;ATR-FTIR实验结果表明,试样表面的化学结构发生了显著的变化。