燃料电池膜电极衰减机制及其抗老化策略北大核心CSCD

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高能量效率和高能量密度、低温快速启动、结构紧凑、无污染、低噪声等优点,在氢能汽车、固定式电站、水下潜艇和通讯电源等方面具有广泛的应用前景.目前影响燃料电池商用化的主要问题是成本和寿命,特别是在工况下急剧的启停、干湿、温度等变化,以及随之带来的机械及电化学老化,严重影响了燃料电池核心部件膜电极的耐久性和稳定性,导致燃料电池寿命大幅度下降.动态负载下燃料电池的寿命较短,距离燃料电池汽车商业化目标寿命仍有较大距离.因此,开发快速有效的膜电极加速老化测试程序,研究膜电极的耐久性,揭示燃料电池失效机理,寻找解决措施,对提高燃料电池使用寿命,推动燃料电池技术商业化,实现国民经济可持续发展具有重大意义.本文通过对比研究膜电极老化测试,从催化材料、质子交换膜以及启停控制策略应用等方面,分析电极、质子交换膜等关键材料的衰减物化机理,从材料科学领域深入探讨提升关键材料耐久性的方法及机理.为燃料电池的各部件制备与设计完善评价体系,推进燃料电池商用化发展.     

空气自呼吸式直接甲醇燃料电池的环境适应性研究

针对空气自呼吸式(Air breathing)直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cell,DMFC)阴极直接暴露在空气中的特性,重点研究了不同空气环境条件下例如湿度、温度等因素对电池性能的影响.结果表明,DMFC对环境湿度的变化并不敏感,这是由于阳极侧甲醇溶液中水的渗透使得质子交换膜和阴极一直保持相对稳定的水含量.又从可视化方法发现,反应生成的水在阴极大部分以液态形式存在,靠重力的因素排出电池,这对阴极集流板的结构设计具有重要的指导作用.此外,环境温度对电池性能具有明显的作用.环境温度为40℃时,单电池的最大功率密度接近30 mW.cm-2,是10℃时电池功率密度的3倍.     

p-n结在复合光阴极中的应用

作为光电化学系统的重要组成部分之一,光电极应该具有较好的光电流响应,以及在水溶液中稳定的特性。分别以醋酸镍、钛酸四丁酯作为NiO、TiO2溶胶的前驱体,利用溶胶-凝胶法制备了单质p型NiO及p-n结型复合光阴极NiO-TiO2。复合光阴极的SEM截面形貌显示NiO层和TiO2层的厚度分别为200,130nm。光电化学表征结果表明,NiO-TiO2复合光阴极的阴极光电流优于单质NiO电极的阴极光电流,并且其平带电势与单质NiO电极相比发生正向移动,这些现象都是由p-n结的内建电场引起的。