直接甲醇燃料电池催化活性层的优化

本文考察了直接甲醇燃料电池 (DMFC)不同催化剂载量的膜电极性能 .对催化剂层中Nafion含量进行优化 ,研究了Nafion含量对电池的阻抗的影响 .实验发现 :DMFC适宜的阳极Pt_Ru/C载量为Pt 4mg/cm2 、Nafion质量百分含量为 2 1.4 % ;高电流密度下 ,阴极Pt/C载量为Pt4mg/cm2 、Nafion质量百分含量为 2 1.4 %时 ,有较好的放电性能 ,继续增加Nafion含量 ,阴极的欧姆极化和浓差极化增大 ,电池性能下降     

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 .     

全氟磺酸质子交换膜的溶解及再铸膜性能分析

全氟磺酸树脂溶液在质子交换膜燃料电池和电化学中很有用途 .利用二甲基亚砜 ,在 170～ 180℃和氮气保护的条件下对Nafion 115进行了溶解实验 ,获得了两种膜溶液 .利用膜溶液制得了再铸膜 ,并测定了再铸膜的交换容量、含水率和电导率等 .结果表明 :再铸膜的交换容量、含水率和电导均低于其母膜Nafion 115 ,说明在溶解过程中有部分磺酸集团被破坏     

改性Nafion膜在全固态二氧化硫气体传感器中的应用

研究了用改性Nafion膜在全固体电解质的全固态定位电解型SO2气体传感器。发现Nafion膜用硫酸处理后，膜的保水性增加，因此传感器的稳定性较好，进行寿命试验4个月，性能略有下降，有望成为一种能实际使用的气体传感器。     

质子交换膜燃料电池Nafion/PTFE复合膜的研究

在聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜内浸入Nafion树脂,制成Nafion/PTFE复合膜用于质子交换膜燃料电池(PEMFC).该复合膜的Nafion含量在50%左右,在干态和湿态时的拉伸强度及水化/脱水过程中,其尺寸稳定性比Nafion均有所提高.在80 ℃,H2/O2压力为0.2/0.2 MPa条件下,用25 μm厚复合膜组装的电池性能优于Nafion117膜组装电池的性能.测量了复合膜的O2渗透率和含水量并与Nafion膜的性能作了比较.     

燃料电池聚合物电解质膜的研究进展

本文根据聚合物电解质膜燃料电池操作温度、使用的电解质和燃料的不同,将其分为高温质子交换膜燃料电池、低温质子换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和阴离子交换膜燃料电池,综述了它们所用电解质膜的最新进展.第一部分简要介绍了这4种燃料电池的优点和不足.第二部分首先介绍了Nafion膜的结构模型,并对平行柱状纳米水通道模型在介观尺度上进行了修正;接着分别对应用于不同燃料电池的改性膜的改性思路作了分析;最后讨论了用于不同燃料电池的新型质子交换膜的研究,同时列举了性能突出的改性膜和新型质子交换膜.第三部分介绍了阴离子交换膜的研究现状.第四部分对未来聚合物电解质膜的研究作了展望.     

直接乙醇燃料电池初探

采用商品化的PtRu/C和Pt/C分别作乙醇阳电极和氧气阴电极的催化剂 ,Nafion 115膜作固体电解质 ,组装成面积为 9cm2 的单池 .考察了电池温度、氧气压力、乙醇浓度及流量等对电池性能的影响 .实验结果表明在电池温度为 85℃ ,乙醇浓度为 1.0mol/L ,流量为 0 .5mL/min ,氧气压力为 0 .5MPa ,流量为 6 8mL/min条件下 ,电池开路电压为 0 .6 0 8V ,电流密度 5 0mA/cm2 时的放电端电压为 0 .32 9V ,电池最大功率密度为 19.2 5mW /cm2     

液流电池用季铵化聚醚砜阴离子交换膜材料的研究

离子交换膜是液流电池的关键部件之一，理想的离子交换膜应具有较低的活性物质渗透率（即有较高的选择性）和较低的面电阻（即有较高的离子传导率），同时还应具有较好的化学稳定性和较低的成本。目前，全钒液流电池主要采用全氟磺酸类阳离子交换膜（如Nafion），其化学稳定性优异，但易造成钒离子的渗透，降低了电池的使用寿命，且Nafion膜价格昂贵；全钒液流电池的电解质溶液由不同钒电解质溶解在硫酸中组成，采用阴离子交换膜时，     

直接甲醇燃料电池新型聚合物膜的研究

通过溶液共混方法 ,制备了聚偏氟乙烯与聚苯乙烯磺酸 (PVDF_PSSA)、聚偏氟乙烯与Nafion(PVDF_Nafion)两种共混膜 .研究了膜组成对膜电导率和甲醇透过率的影响 .与Nafion 1 1 7膜相比 ,PVDF_Nafion共混膜在Nafion含量为 2 5wt%时 ,电导率σ下降 2个数量级 ,而甲醇透过率P却降低 3个数量级 .若以 (σ/P)为综合指标 ,则PVDF_Nafion共混膜和PVDF_PSSA共混膜的综合性能分别比Nafion 1 1 7膜高约 4 0倍、1 6倍     

用于质子交换膜燃料电池的碳载铂电催化剂

 以甲醛为还原剂，氯铂酸为原料，XC－72碳黑为载体，制备了不同铂含量的碳载铂电催化剂，并用BET，XRD，TEM和循环伏安法对催化剂进行了表征，用质子交换膜燃料电池单电池对催化剂性能进行了评价．结果表明，铂晶粒主要吸附在碳黑的表面和大孔中．当催化剂的铂载量由20％提高到40％时，由于铂颗粒占据部分碳黑表面，使催化剂的孔体积和比表面积都有所减小；当铂载量进一步提高到60％时，由于铂晶体颗粒形成的微孔开始占一定分率，使催化剂的总体积和比表面积的减小幅度下降．铂晶体颗粒大小在2～4nm范围内；随着铂载量的提高，表面铂有部分聚结，铂晶体的粒径增大，催化剂的电化学比表面积减小．铂载量为40％时，燃料电池阴极的性能最好．     

Anode Catalytic Dependency Behavior on Ionomer Content in Direct CO Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell

In this work, the effect of Nafion ionomer content on the structure and catalytic performance of direct CO polymer electrolyte membrane fuel cell(CO-PEMFC) by using Rh-N-C single-atom catalyst as the anode catalyst layers was studied. The ionic plaque and roughness of the anode catalyst layers increase with the increase of Nafion ionomer content. Furthermore, the contact angle measurement results show that the hydrophilicity of the anode catalyst layers also increases with the increase of Nafion ionomer content. However, when the Nafion ionomer content is too low, the binding between microporous layers, catalyst layers and membrane cannot meet the requirement for either electric conductivity or mass transfer. While Nafion ionomer content increased above 30%, the content of water in anode is difficult to control. Therefore, it was found that AN 30(30% Nafion ionomer content of anode) is the best level to effectively extend the three-phase boundary and improve CO-PEMFCs performance.     

碱性聚合物电解质膜的表面锥形阵列结构提升燃料电池性能

燃料电池作为一种清洁高效的能量转换装置,被认为是构建未来社会可再生能源结构的关键一环。不同于质子交换膜燃料电池(PEMFC),碱性聚合物电解质燃料电池(APEFC)的出现使非贵金属催化剂的使用成为可能,因而受到了日益广泛的关注和研究。APEFC的关键结构是膜电极,主要由聚合物电解质膜和阴阳极(含催化层、气体扩散层)组成,膜电极是电化学反应发生的场所,其优劣直接决定着电池性能的好坏。因此,基于现有的碱性聚合物电解质及催化剂体系,如何构筑更加优化的膜电极结构,使APEFC发挥出更高的电池性能是亟待开展的研究。本文首先通过模板法在碱性聚合物电解质膜的表面构建出有序的锥形阵列,再将具有阵列结构的一侧作为阴极来构筑膜电极,同时,作为对比,制备了由无阵列结构的聚合物电解质膜构筑而成的膜电极,最后对基于两种不同膜电极的APEFC的电化学性能进行了对比研究。实验结果表明,锥形阵列结构可以将APEFC的峰值功率密度由1.04 W·cm-2显著提高到1.48 W·cm-2,这主要归因于在APEFC的阴极侧具有锥形阵列结构的聚合物电解质膜的亲水性的提升和催化剂电化学活性面积的增加。本工作为碱性聚合物电解质燃...     

A new catalyst layer based on in situ pore generation of sulfonated poly(ether ether ketone) for PEMFC

A new concept of in situ pore generation to reduce water flooding in cathode catalyst layer (CCL) of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) is proposed with the introduction of water soluble poly(ethylene glycol) (PEG) as a porogen to CCL based on sulfonated poly(ether ether ketone) (sPEEK). In this new type of CCL, PEG is directly removed by water produced during the cathode reaction. The new CCL exhibited much higher cell performance especially in mass transport limitation region compared to the pristine sPEEK-CCL. In addition, the presence of PEG in the new CCL lowered the glass transition temperature of the sPEEK binder, and it could improve the transference of catalyst layer onto the polymer electrolyte membrane.     

层级多孔碳载铂催化剂的制备及可达性

层级多孔碳作为氧还原铂基催化剂载体的选择之一, 简单的旋转圆盘电极(RDE)验证此类催化剂具有较高的氧还原活性, 但几乎都缺少膜电极(MEA)性能验证, 实用性无法保证. 本文设计制备了基于聚苯胺的层级多孔碳（NHPC）载铂催化剂（Pt/NHPC850）, 研究了其氧还原活性、 MEA质子传输和氧传输特性. RDE测试研究表明, Pt/NHPC850催化剂在低I/C（离聚物与碳载体质量比）时的面积活性低于实心碳载铂催化剂（Pt/XC-72）, 但当I/C增大到与膜电极中一致时, 由于Nafion树脂对Pt催化剂的毒化作用增强, 其面积活性反而优于 Pt/XC-72. Pt/NHPC850催化剂的高Pt分散性及其优异的抗Nafion毒化性能, 使其在I/C为0.8时的质量活性为Pt/XC-72催化剂的1.34倍. MEA质子传输研究表明, 即使在高加湿条件下, Pt/NHPC850质子电阻率仍高达72.6 mΩ·cm², 为Pt/XC-72的3倍. Pt/NHPC850制备的膜电极极化曲线在500 mA/cm²电流密度下性能迅速下降, Pt/NHPC850的氧增益电压达到144.4 mV, 比Pt/XC-72高56.7 mV. 表明Pt/NHPC850膜电极的质子传输和氧传输性能较差. 对比Pt/NHPC850催化剂的RDE和MEA的测试结果, 说明以层级多孔碳为载体的铂碳催化剂虽然耐Nafion毒化能力提高, 但是质子和氧气的氧传输性较差, 此类层级多孔碳还需进一步优化其结构, 才有可能满足低铂质子交换膜燃料电池（PEMFC）的应用需求.     

The effect of a modified Nafion binder on the performance of a unitized regenerative fuel cell (URFC)

A modified Nafion binder using a different dispersion solvent, dimethylacetamide (DMAc), was applied to an electrode for a unitized regenerative fuel cell (URFC). The properties of the new Nafion binder, such as dissolution rate, proton conductivity, water uptake, and I–V curves, were characterized in the study. The new Nafion binder showed less brittleness, leading to good structural integrity in the electrode and improvement of stability in the URFC performance. SEM images showed that the interfacial adhesion between the membrane and the electrode was improved by using the new Nafion binder. Therefore, the new Nafion binder was suggested as a promising candidate for a binding material in the electrode of the URFC.     

The effect of ferric ions on the conductivity of various types of polymer cation exchange membranes

Recently, rejuvenated interest to fuel cells has posed a number of problems regarding the polymer electrolyte membrane properties and their behaviour in different electrolyte solutions. This work was dedicated to study the conductivity of H⁺-, Fe³⁺- and mixed H⁺/Fe³⁺-forms of cation exchange membranes Neosepta CMS, Nafion 112, 115 and 117 and Selemion HSF under conditions similar to these in the Fe³⁺/Fe²⁺–H₂/H⁺ fuel cell in the range of current densities 0–90 mA/cm². It was found that the conductivities of these membranes in 1.09 M H₂SO₄ solution decrease in the following order: Selemion HSF › Nafion 117 ≈ Nafion 115 ≈ Neosepta CMS › Nafion 112. Conductivities of perfluorinated membranes were discussed in terms of Hsu and Gierke percolation theory [20]. The Fe³⁺-forms of Nafion membranes studied displayed a monotonous decline in the resistance when current increased, which is a manifestation of gradual conversion of the Fe³⁺-form into H⁺-form of these membranes. Unlike the Nafion membranes, the Fe³⁺-forms of Neosepta CMS and Selemion HSF membranes exhibited a sharp jump of resistance at relatively high current densities (more than 70 mA/cm²) that is most probably a result of concentration polarization.     

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。