阳极H2S杂质气体对PEMFC性能影响的研究

研究了燃料气(H2)中的H2S对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响,结果表明H2S对电池性能的影响取决于燃料气中H2S的浓度、电池操作温度和电流密度,且这种影响是随时间累积的,最终都会造成电池性能的大幅衰减.使用纯净氢气并不能恢复中毒电池的性能,但通过多次循环伏安(CV)扫描可以完全恢复.同时,根据CV研究认为H2S会强烈吸附在Pt催化剂表面,随着扫描电位的升高,吸附物被氧化可能生成SO3或SO2-4.通过电化学阻抗(EIS)的方法得到了H2+50 ppm H2S/H2半电池体系下的阻抗谱,结果表明由于H2S吸附造成H2的吸附困难,从而导致在三相界面上的电化学反应所涉及的电荷转移阻抗增加.     

以重整气为燃料气的PEMFC电堆性能

与使用氢气为燃料气相比,以重整气作为质子交换膜燃料电池的燃料气可以避免氢气储存与运输的不便,更可以增加PEMFC的适用场合和范围.研究了常压与加压条件下重整气中N2和CO2组分对PEMFC电堆的影响,结果表明N2和CO2主要是降低了H2的分压,对电池性能影响较小.针对CO组分,研究比较了阳极注氧和外部净化对电池抗CO能力的影响,结果表明这两种方法都有明显的抗CO效果,相比之下外净化的效果更佳.同时,考察了电堆在重整气氛围下的稳定性,进行了1 500 h的寿命实验,实验结果显示电压衰减速度为19.21 μV/h.     

铜合金无铬钝化的研究

通过不同的工艺方法对铜合金表面进行无铬钝化，并使用盐水浸泡、热氧化、阳极极化、塔费尔直线外推法及交流阻抗法等方法对其在不同介质中的耐蚀性进行了研究。结果表明，通过苯骈三氮唑系钝化液的处理可以明显提高铜合金的耐蚀性能。     

质子交换膜燃料电池冷启动时阴极催化层内多场耦合的介孔尺度模型

为详细解析质子交换膜燃料电池（PEMFC）零下温度启动过程,建立了电池冷启动时多场耦合过程的介孔尺度数值模型。几何模型基于随机网格法（SGM）重建的催化层介孔结构,数学模型描述了物质传输、电荷传输、电化学反应和汽-冰相变过程。数值分析了电池冷启动过程中催化层内冰的生成和演化,重点探讨了冰的生成及形貌对电池性能的影响,推导出电化学活性反应面积与结冰量的关系式。     

模拟车用工况下PEMFC寿命测试及分析

寿命是制约质子交换膜燃料电池(PEMFC)在车用领域实现商业化应用的重要障碍之一。根据普通乘用车在城市运行的功率输出数据,制定了模拟车用工况,采用此工况对燃料电池进行了1 000 h单电池寿命测试,并通过极化曲线、渗氢电流、循环伏安(CV)、电化学阻抗(EIS)等方法对燃料电池性能进行在线测试和分析。测试结果表明,在此模拟车用工况下,衰减速度为15.7μV/h(800 m A/cm2),单电池经过1 000次工况循环后,膜电极组件(MEA)渗氢电流无明显变化,电化学比表面积(ECA)衰减幅度为34.14%。     

铜箔表面粗化工艺的研究

对铜箔表面进行粗化处理,传统的粗化工艺中要使用砷化物,不仅操作不便而且危害环境。研究了硫酸钛和钨酸钠在铜箔粗化过程的作用,发现二者共同作用可以在不使用砷化物的情况下,通过电沉积得到理想的粗化层,表面粗糙度可提高200％。     

质子交换膜燃料电池新型抗CO阳极结构

质子交换膜燃料电池(PEMFC)广泛采用重整气为燃料,其存在的主要问题是重整气中含有一定浓度的CO(5×10-5～10-2),CO在Pt表面具有强烈的吸附作用,使电催化剂"中毒".通过对提高质子交换膜燃料电池抗CO问题进行研究,在阳极扩散层流场侧担载催化剂(Pt、PtRu)的方法对电极进行修饰,在注入较少量氧化剂(体积百分比为2%的空气)的条件下使电池抗CO性能显著增强,且可以避免电极局部温度过高及可能带来的安全性问题.     

燃料电池备用电源在通信基站的应用

对燃料电池备用电源进行了基站测试运行,包括在线式应用、离线式应用及长期稳定性测试,并依据氢气实际采购成本、氢气累计使用量、输出功率等,对燃料电池备用电源发电成本和发电效率进行了计算。测试结果表明：燃料电池备用电源可以基本满足通信基站应用要求,发电成本为6．96元／kWh,发电效率为43．1％。     

燃料电池催化层纳微米结构模拟研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化层内部含有复杂的纳微米尺度的孔结构,对电化学反应及各种传递过程的发生和电池的宏观性能有着显著影响,是当前研究的重点和难点。基于大分子团的纳微米尺度模型能够用于PEMFC中多组份功能材料制备过程相关的结构分析和数值解析,可有效分析工艺过程对催化层微观结构的影响,以期从微观模型入手,解决诸如理论最优铂担载量、最优Nafion或PTFE含量,以及碳腐蚀机理等问题,为燃料电池跨尺度、多物理场耦合过程的模型建立打下良好的基础。     

质子交换膜燃料电池催化剂的稳定性

质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化面临的一个主要问题是电池的耐久性问题,催化剂的稳定性下降是影响其寿命的关键因素之一。从Pt的溶解再沉积,Pt的团聚长大及碳载体的腐蚀等方面探讨了影响催化剂稳定性的主要因素,概述了提高催化剂稳定性的几种研究思路,并对PEMFC催化剂的发展趋势进行了展望。