硅材料在微型燃料电池中的应用

微型燃料电池被认为可作为便携式电子设备的下一代电源而越来越受到关注。传统的石墨、金属等材料用于微型燃料电池时产生了不少问题,如石墨材料微加工性能差,金属易腐蚀、密度较大等不利于应用于便携式设备。硅材料因为其低的气体透过率、高的导热系数和适于微加工等特性在微型质子交换膜燃料电池中得到了越来越多地应用。本文对硅材料在微型燃料电池的气体扩散层、质子交换膜构造中的应用以及硅材料作为基底制作微型燃料电池技术的进展进行了综述,并对硅材料在微型燃料电池领域应用的技术特点及前景做了分析与讨论。     

一种新型结构质子交换膜的研究

质子导体的研究近年来受到了广泛的关注,具有质子传导能力的电解质材料可广泛地应用于燃料电池、电解池、电化学反应装置以及传感器等领域[1],特别是作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心组件之一的质子交换膜越来越受到人们的重视.Nafion (Du Pont)全氟磺酸膜是目前广泛用于PEMFC中的一种质子导体.     

燃料电池用跨温区质子交换膜材料研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种电化学能量转换器件，能将燃料中的化学能转换为电能，具有高效、清洁、寿命长等优点，可应用于动力电池、固定式和便携式电源等领域。质子交换膜(PEM)是其中的关键部件，主要用于隔离阴阳两极和传递质子等。但当前质子交换膜燃料电池的发展面临着成本高、寿命不足等挑战。本文结合近年的研究热点，从质子传输机制出发将质子交换膜燃料电池分为磺酸功能化PEM和磷酸掺杂型PEM两大类，从主链结构的差异以及改性方法等方面综述近年来的研究进展，详细介绍了材料的化学结构、膜材料性能、电化学性能等，并针对现存的一些问题和不足对质子交换膜燃料电池今后的发展方向进行了展望。     

微孔聚四氟乙烯增强复合质子交换膜研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于具有能量转化率高、环保等特点而受到广泛关注。作为质子交换膜燃料电池核心组件之一的关键材料质子交换膜(PEM)成为燃料电池研究的热点。聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜由于具有高的化学和尺寸稳定性,被用来作为复合质子交换膜的增强基底。本文对当前微孔PTFE增强复合质子交换膜的研究进展进行了综述,介绍了微孔PTFE与全氟类离子树脂、部分含氟类离子树脂和非氟类离子树脂等的复合情况,着重说明各种复合增强的类型和方式,并比较了复合改性前后各种膜的物性特点,最后展望了微孔PTFE复合增强膜的未来研究趋势。     

质子交换膜燃料电池的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效节能、工作稳定、环境友好的理想发电装置.质子交换膜是PEMFC的核心组成,是一种选择透过性膜,主要起传导质子,分隔氧化剂与还原剂的作用.PEMFC用电催化剂有铂系和非铂系电催化剂,提高铂的利用率和开发非铂系催化剂是今后催化剂研究的主要方向.文中对电极的制备技术和电池的水管理、热管理方法也作了简要介绍.     

高性能质子交换膜燃料电池

用全氟碘酸质子交换膜作为质子交换膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）电解质,简化了水和电解质的管理。本文研究了该燃料电池质子交换膜厚度对电池性能影响;性能最佳的Ｎａｆｉｏｎ１１２膜和低铂载量Ｅ－ＴＥＫ电极组装的ＰＥＭＦＣ,在输出功率高达０．９５Ｗ／ｃｍ＾２;同时考察了电池的能量转换效率、Ｅ－ＴＥＫ电极中铂电催化剂利用率和电池的稳定性。     

新型自增湿膜电极的制备及其燃料电池性能

质子交换膜燃料电池 (PEMFC)是以环境友好的方式输出高功率密度的电能 ,有望应用于动力电源、家用电源、通信电源及便携式电源等领域 [1] .在 PEMFC的应用开发中 ,成本正在逐渐降低 ,各种贮氢系统也相继出现 .然而要使 PEMFC实现产业化还必须简化复杂的运行系统 ,提高电池的功率体积比与功率质量比 .为此 ,自增湿 PEMFC被视为最有希望的燃料电池应用技术 .自增湿膜电极是实现自增湿技术的根本途径 .Watanabe等[2 ] 首先提出用 Pt微粒与 Si O2 或 Ti O2 掺杂在电解质膜中制备自增湿 MEA,Pt微粒有效地阻止了氢氧的交叉扩散 ,并在…     

一种新型结构质子交换膜的研究

质子导体的研究近年来受到了广泛的关注，具有质子传导能力的电解质材料可广泛地应用于燃料电池、电解池、电化学反应装置以及传感器等领域，特别是作为质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心组件之一的质子交换膜越来越受到人们的重视。Nafion（Du Pont）全氟磺酸膜是目前广泛用于PEMFC中的一种质子导体。Nafion全氟磺酸膜具有优异的化学稳定性以及在较低温度条件下高的质子电导率，然而其高昂的价格、差的高温性能以及用于直接甲醇燃料电池（DMFC）中时的高甲醇渗透率阻碍了DMFC商业化发展。     

质子交换膜燃料电池膜电极耐久性的提升

质子交换膜燃料电池由于具有能量转换效率高、操作温度低、环境友好等优点而备受人们关注。随着2014年丰田发布燃料电池电动汽车Mirai,带来了新一轮燃料电池及燃料电池汽车的产业化热潮。然而,提升质子交换膜燃料电池的寿命,开发新一代长寿命燃料电池膜电极及燃料电池仍然是本领域的挑战性课题。膜电极(MEA)是质子交换膜燃料电池最核心的部件,其耐久性直接决定着燃料电池的寿命。MEA主要由质子交换膜、催化剂层、气体扩散层三部分组成。本文从质子交换膜、催化剂及载体、气体扩散层三个方面介绍了近年来国内外在提升燃料电池膜电极的寿命(耐久性)方面所做的工作,并对未来的相关研究和发展做了述评及展望。     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

质子交换膜是燃料电池的重要组成部分。本文介绍了全氟磺酸膜的优缺点,对其进行改进的方法以及新型质子交换膜的发展情况,重点讨论了各类质子交换膜的制备、结构、性质以及它们在质子交换膜燃料电池(PEMFC)或直接甲醇燃料电池(DMFC)的应用,最后提出质子交换膜的发展趋势。     

平整层对PEM燃料电池自增湿性能的影响

制备了不同聚四氟乙烯(PTFE)含量与不同碳载量的电极平整层,经过相同的膜电极成型工艺处理后,组装成单电池进行极化曲线与交流阻抗分析,发现平整层中的聚四氟乙烯含量从24％增到35％时,H2／O2型燃料电池自增湿发电最高功率密度增长了0．1W／cm^2,但当聚四氟乙烯含量增大到42％时,电性能略有下降;然而H2／Air型燃料电池自增湿发电性能却随着聚四氟乙烯含量增大而提高．平整层载量对自增湿发电影响较大,平整层载量为4．0mg／cm^2的膜电极与元平整层的膜电极在H2／O2自增湿操作下相比,最高功率密度提高约0．27W／cm^2．通过压汞仪与扫描电镜(SEM)对平整层的物化性能进行了结构分析．     

Spontaneous oscillations of cell voltage, power density, and anode exit CO concentration in a PEM fuel cell

The spontaneous oscillations of the cell voltage and output power density of a PEMFC (with PtRu/C anode) using CO-containing H(2) streams as anodic fuels have been observed during galvanostatic operating. It is ascribed to the dynamic coupling of the CO adsorption (poisoning) and the electrochemical CO oxidation (reactivating) processes in the anode chamber of the single PEMFC. Accompanying the cell voltage and power density oscillations, the discrete CO concentration oscillations at the anode outlet of the PEMFC were also detected, which directly confirms the electrochemical CO oxidation taking place in the anode chamber during galvanostatic operating.     

聚合物电解质膜燃料电池薄电极制备技术的研究

为降低聚合物电解质膜燃料电池 (PEMFC)电极中铂的载量 ,本文建立一种新的薄电极制备技术 (TEFT) ,制备了表面平滑、颗粒分布均匀的低铂载量电极 .结果表明当电极的铂载量为 1mg/cm2 ,用Nafion 117膜作电解质时 ,电池的最大功率密度达 0 30W·cm-2 .系统地考察了阴极中不同PTFE和Nafion含量对PEMFC性能的影响 .     

钛合金双极板表面纳米晶Zr涂层在质子交换膜燃料电池环境中的性能

为改善金属双极板在质子交换膜燃料电池（PEMFC）环境中的耐腐蚀性能及降低其界面接触电阻,采用双阴极等离子溅射沉积技术,在Ti-6A1-4V合金表面制备了纳米晶Zr涂层.利用扫描电子显微镜（SEM）,X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）等微观分析手段对该涂层的组织结构进行了表征.结果表明:所制备的涂层具有沉积层和扩散层的双层结构,其微观组织连续、致密.在分别通入氢气/空气、70°C的0.5 mol·L⁽-1_H2SO₄+2mg·L^-1HF的溶液中,对比研究了纳米晶Zr涂层与Ti-6A1-4V合金在模拟电池的阳极/阴极工作环境中的电化学腐蚀性能.动电位极化测试结果表明:在模拟电池的阳极/阴极工作环境中,纳米晶Zr涂层的腐蚀电位均明显高于Ti-6A1-4V合金;在阴极工作电极电位为+0.6 V下,纳米晶Zr涂层与Ti-6A1-4V合金均位于钝化区内,Zr涂层的钝化电流密度较Ti-6A1-4V合金降低约4个数量级;而在阳极工作电极电位为-0.1 V下,纳米晶Zr涂层呈现出阴极保护特征.电化学阻抗谱测试结果表明,在0.5 mol·L^-1H₂SO₄+2 mg·L^-1HF的溶液中,纳米晶Zr涂层的容抗弧半径和相位角的最大值及其频率宽度均明显大于Ti-6A1-4V合金.此外,纳米晶Zr涂层同时改善了Ti-6A1-4V合金的导电性与憎水性能.     

磷酸掺杂的ab-PBI膜及其在高温质子交换膜燃料电池中的应用

以3,4-二氨基苯甲酸为单体合成了ab-聚苯并咪唑.研究了磷酸掺杂的该质子交换膜在80-200℃,不同湿度以及不同酸掺杂量下的质子电导率.该质子交换膜可作为燃料电池的膜电解质,在常压不增湿的条件下,可使电池运行温度达到200℃.     

四苯基卟啉对二苯并咪唑光电导性能的敏化

采用溶剂球磨分散法制备了四苯基卟啉(H2TPP)/二苯并咪唑(Im-PTC)复合光生材料,用浸涂法将其制成功能分离型双层光导体.采用光致释电法对其光电导性能进行测试,发现在500nm下,由质量分数5%H2TPP/40%Im-PTC复合光生材料制备的光导体的光敏性比单纯40%的Im-PTC制备的光导体提高了3.5倍,说明H2TPP对Im-PTC有明显的敏化作用.进一步研究了该复合材料的电子结构,结果表明,H2TPP与Im-PTC存在分子间的光致电荷转移,从而提高了电荷的光生和分离效率,增强了光导体的光敏性.     

质子交换膜燃料电池的研究

通过测定电压－电流密度曲线等方法研究质子交换膜燃料电池的电极参数。构造了Ｅｃｅｌｌ＝０．７Ｖ，Ｉ＝０．５５Ａ／ｃｍ＾２并能够稳定运行的燃料电池。改进电池的电极结构，研究了各种操作条件如温度，压力，增湿情况，尾气流量等对电池性能的影响。     

碳纸对燃料电池自增湿性能的影响

使用TGP-H-028(0.28mm),TGP-H-060(0.19mm),TGP-H-030(0.11mm)等3种Toray碳纸制备膜电极,将组装燃料电池进行极化曲线与交流阻抗分析发现,厚碳纸TGP-H-028对自增湿发电性能略为有利,其最大功率密度比TGP-H-030薄碳纸高0.05W/cm2左右;用聚四氟乙烯乳液疏水处理TorayTGP-H-060碳纸,制备的MEA的自增湿电性能随着聚四氟乙烯质量分数(20%～40%)的升高而增大,最大功率密度升高至0.25W/cm2左右.当聚四氟乙烯质量分数继续升高到60%时,电性能开始下降,并比质量分数为40%的聚四氟乙烯的电性能低.     

Performance improvement of air-breathing proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) with a condensing-tower-like curved flow field

Air-breathing proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are very promising portable energy with many advantages. However, its power density is low and many additional supporting parts affect its specific power. In this paper, we aim to improve the air diffusion and fuel cell performance by employing a novel condensing-tower-like curved flow field rather than an additional fan, making the fuel cell more compact and has less internal power consumption. Polarization curve test and galvanostatic discharge test are carried out and proved that curved flow field can strengthen the air diffusion into the PEMFC and improve its performance. With appropriate curved flow field, the fuel cell peak power can be 55.2% higher than that of planar flow field in our study. A four-layer stack with curved cathode flow field is fabricated and has a peak power of 2.35 W (120 W/kg).