车用燃料电池系统耐久性研究

燃料电池的耐久性是燃料电池汽车的关键技术问题,车用燃料电池寿命需要达到5000小时以上才能满足汽车应用要求. 作者基于车用燃料电池失效模式的研究,通过优化系统设计和改进系统控制策略等,开发出长寿命的HySYS-30车用燃料电池系统,并采用车用动态工况,对所开发的燃料电池系统进行了6000小时以上的耐久性测试,6000小时的性能衰减率仅为8.1%.     

车用燃料电池耐久性研究

经过世界范围内近十年的持续研发,车用燃料电池在能量效率、体积与质量功率密度、低温启动等功能特性方面已经取得了突破性进展,新一轮的燃料电池汽车产业化浪潮正在迫近。然而,燃料电池的耐久性仍没达到商业化目标,且耐久性问题涉及面广、挑战大,成为当前燃料电池汽车产业化的主要棘手问题,构成了车用燃料电池在车辆技术方面产业化的最后障碍。车用燃料电池的耐久性已经引起了世界各国研究人员的广泛关注,本文归纳分析了车用燃料电池催化剂及其载体、质子交换膜及电极离子导体、气体扩散层、金属双极板等关键材料及部件的性能衰减机制,以及梳理了应对性能衰减的新材料、新技术与系统控制策略等耐久性最新研究进展,最后对车用燃料电池失效机制及其缓解研究提出了新的方向,以期对认识和提升燃料电池耐久性具有指导和借鉴意义。     

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.     

车用燃料电池现状与电催化

本文综述了近年来车用燃料电池电催化的发展状况,分析了车用燃料电池电催化的发展趋势,重点介绍了大连化学物理研究所在燃料电池电催化方面的研究进展．指出车用燃料电池电催化的发展方向是提高现有铂基催化剂的活性,在保证车用燃料电池在变载等动态工况下的可靠性与寿命的前提下,应降低膜电极的贵金属铂用量,发展低铂／非铂电催化剂．针对车用燃料电池的使用条件,应发展抗燃料气与空气中杂质的电催化方法与抗腐蚀催化剂载体．从长远考虑,重点发展碱性聚合物膜燃料电池,拓展利于活化顺磁性氧的催化方法,有望摆脱车用燃料电池对铂催化剂的依赖．     

质子交换膜燃料电池铂基催化剂研究进展北大核心CSCD

燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的能量转换装置,具有能量密度高、利用率高、清洁安静等优点。在不同类型的燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)不仅能量密度高,而且具有在近常温条件下工作的特点,因此受到广泛关注。目前,商业化PEMFC仍采用铂基纳米材料作为催化剂,其中缺乏低成本、高效的阴极催化剂是限制PEMFC性能提升和成本降低的关键因素之一。本文综述PEMFC催化剂的结构可控制备及其对阴极氧还原反应和膜电极性能的影响,阐述调控催化剂结构提高PEMFC性能的方法,特别是提高贵金属催化剂的利用率,降低膜电极中贵金属用量的研究进展。     

燃料电池反应器在化学品与电能共生中应用北大核心CSCD

燃料电池作为能源转换装置能够高效地将化学能转化为电能,随着技术的发展人们将其作为反应器来完成高附加值的化学品的合成,同时产生一定的电能.燃料电池反应器因具有反应条件温和、反应过程可控、产物选择性高、能源利用效率高等特点,而被广泛地应用于医药中间体的制备、气体分离、水处理等多个领域.本文首先按照反应器中阴阳极区域发生反应的类型进行分类,介绍燃料电池反应器在化学品与电能联产中的研究现状和研究进展.随后描述了燃料电池反应器中存在的问题,并依照催化剂、反应过程等方向对解决方案进行探讨.最后,对几种新型燃料电池反应器的研究进行了简要的介绍并对其发展做出了展望.     

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。     

燃料电池汽车氢源选择的研究进展和预测

燃料电池汽车被认为是能源和交通领域的新方向之一,而目前氢源问题已成为其商业化的技术瓶颈。本文从国内外燃料电池汽车的发展现状出发,结合国外对燃料电池汽车氢源选择的评估和预测,及国内863计划“燃料电池汽车氢源基础设施工程前期研究”项目的研究结论,对我国燃料电池汽车的技术发展和商业化进程进行了预测。     

车用燃料电池技术的现状与研究热点

燃料电池汽车作为清洁能源汽车的一部分近十几年来得到很大的发展。然而燃料电池的寿命、成本仍然是制约其商业化的瓶颈,其中材料是根本问题。本文对组成燃料电池的三种关键材料电催化剂、质子交换膜、双极板的发展现状进行了综述,并对研究热点进行了剖析。针对燃料电池在车载工况存在的问题,如电催化剂衰减、膜降解、双极板腐蚀等,基于已有试验结果和理论分析指出了可能的解决方案、对策与发展方向。     

PtCu2八面体形貌调控及氧还原电催化性能研究北大核心CSCD

利用溶剂热法,在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中共同还原乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)和乙酰丙酮铜(Cu(acac)_2)制备PtCu八面体合金催化剂.PtCu_2八面体表现出明显的晶格收缩、较高比例的非氧化态Pt单质和较高的电子结合能,进而表现出较弱的含氧物种吸附强度和较低的d带中心位置.系统研究结构导向剂对PtCu合金形貌影响.在半电池测试中,由于PtCu_2具有均匀分散的规则八面体形貌结构,导致在0.9 V vs.RHE处氧还原(ORR)的质量比活性和面积比活性分别是Pt/C(JM)的6.3和27.2倍,并在加速衰减测试后其ORR的质量比活性仍达到Pt/C(JM)的4.5倍.     

钕掺杂二氧化铅复合阳极的电化学性能研究北大核心CSCD

利用电沉积法制备了钕(Nd)掺杂钛(Ti)基二氧化铅(PbO_2)复合阳极,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学阻抗谱、线性扫描伏安法、循环伏安法等对所制备电极的表面形貌、物相组成及电化学性能进行了分析.结果表明,Nd掺杂使得PbO_2阳极表面颗粒变小、结构更加致密,增大了电极比表面积,改善了电极电化学性能.PbO_2和PbO_2-Nd阳极表层主要为β-PbO_2,Nd掺杂提高了β-PbO_2的结晶纯度,改变了表面相的相对丰度,促进了β(101)晶面形成.PbO_2-Nd阳极具有更小的电化学反应电阻,更高的析氧电位,更强的电子交换能力和更长的使用寿命.将所制备电极应用于处理苯酚模拟难降解有机废水,PbO_2-Nd阳极对苯酚具有更好的电催化氧化效果,降解3 h,苯酚去除率达85.7%,COD去除率达73.8%.循环使用6次,PbO_2-Nd阳极电催化活性无明显衰减,显示出更好的电催化耐久性.     

稀土溴化物固态电解质材料在全固态电池中的应用研究进展北大核心CSCD

全固态锂电池具有优异的安全性能和能量密度,有望成为替代传统有机液态锂离子电池的下一代储能产品。固态电解质是决定全固态电池性能的关键材料,其中卤化物固态电解质,尤其是稀土溴化物固态电解质(RE-BSEs)材料近年来在离子电导率(高达mS/cm数量级)和电化学稳定性(1.5~3.4 V vs.Li^(+)/Li)等方面取得了一系列重要的研究进展,具有可期待的应用前景。本文通过对RE-BSEs的发展历程、研究进展、技术瓶颈、发展方向和应用前景等方面进行综述和回顾,给予研究人员在RE-BSEs的合成方法、锂离子传输机理、构效关系和材料设计等方面的参考和启发。稀土是我国乃至世界的重要战略资源,RE-BSEs材料的研究和重要成果明示了稀土元素在固态离子导体和新能源领域的重大价值,因此,做好稀土在该方面的研究工作对能源结构调整、节能减排、碳达峰和碳中和具有重大意义。     

质子交换膜燃料电池的组装(锁紧力)对其寿命性能的影响

系统考察质子交换膜燃料电池组装(锁紧力,0.45~11.3 MPa)对其性能和寿命的影响,并确定了最佳锁紧力.以最佳锁紧力(3.2 MPa)的单电池作2000 h寿命测试,根据该单电池不同运行时间下的极化和功率曲线分析,得到与其活化区对应的电化学参数.XRD检测表明,电池组装施加的锁紧力不但影响电池的接触电阻,而且还影响由MEA微观结构决定的电池反应动力学性能.在最佳锁紧力作用下运行2000 h后的单电池在大电流密度区出现了明显的性能衰减,这主要是由于催化剂的团聚效应引起的.但在非最佳锁紧力作用下,阴极催化剂的团聚作用远大于阳极催化剂.     

可用作便携式电源的高性能直接碳固体氧化物燃料电池组

A direct carbon solid oxide fuel cell (DC-SOFC) stack was prepared with 3 tubular cells electrically connected in series. To increase carbon storage in the stack, the anode was fabricated outside the tubular cells so that carbon fuel can be loaded at the exterior of the stack, which is more spacious than the interior. The 3-cell-stack is operated directly with carbon as the fuel and oxygen in ambient air as the oxidant. With a total effective area of 10.2 cm² and a 5% (w) Fe-loaded activated carbon fuel of 17 g, the stack reveals a peak power of 4.1 W at 800℃. The stack discharged at a constant current of 1.0 A for 19 h, giving a charge capacity of 19 A·h and an energy capacity of 31.6 W·h, which are much higher than those of a similar stack with anode on the inside and carbon loaded at the interior. The high capacity of our DC-SOFC opens up potential applications in portable devices.     

菊花的气相色谱指纹图谱及其系统聚类分析北大核心CSCD

收集了4个产地的12个菊花样品,用顶空-固相微萃取-气相色谱法(HS-SPME-GC)在选定的条件(萃取温度80℃,萃取时间30min,选择65μm PDMS/DVB作为萃取头)测得其挥发组分的色谱图,在所得到的50个色谱峰中,选择了22个共有峰,并选择其中的9号峰(保留时间25.57min)为参照峰。分别求得各峰的α值和S值后,按规定的技术要求建立了12个菊花样品的指纹图谱。经质谱分析对比NIST 08谱库并结合相关文献对主要挥发性成分作了鉴定。通过SPSS 16.0软件用系统聚类分析对上述指纹图谱进行分类比较,应用所提出的方法对2个市售菊花样品作出产地鉴别和质量评价。     

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.     

基于环糊精的抗肿瘤药物主客体递送系统研究进展北大核心CSCD

恶性肿瘤是威胁人类健康的重大疾病。开发安全高效的抗肿瘤药物及其递送系统是改善抗肿瘤药物疗效的重要保证。近年来,基于环糊精的抗肿瘤药物主客体递送系统受到了广泛关注。环糊精是通过淀粉酶解获得的环状低聚糖,具有外部亲水内部疏水的特殊结构,在基因治疗、免疫细胞治疗、免疫靶向治疗和化疗中均得到了广泛的应用。本综述主要总结了环糊精作为抗癌药物递送载体近10年的相关进展,同时对主客体递送系统在癌症治疗方面的机遇和挑战进行了展望和讨论。     

《福建分析测试》征稿征订启事北大核心CSCD

《福建分析测试》（FUJIAN ANALYSIS ＆ TESTING）创刊于1992年,是福建省分析测试协会、福建省测试技术研究所主办的以学术性和实用性相结合为特点的专业性期刊,原中科院院长卢嘉锡老先生为本刊题写刊名,中科院院士、厦门大学黄本立教授为本刊编委会委员。     

上海材料研究所期刊展览事业部在线投审稿系统新旧更替通知北大核心CSCD

由上海材料研究所主办的《理化检验-化学分册》、《理化检验-物理分册》、《无损检测》、《机械工程材料》、《腐蚀与防护》等期刊目前使用的投稿系统因系统本身技术落后,数据库已无法满足大负荷稿件的有效运行和作者对于投稿系统的人性化、多元化需求,且因设备陈旧,故障风险出现的几率也在不断变大。鉴于此,为了给全国广大科研人员及行业的工作者提供更加人性化、更优质的服务。     

上海材料研究所期刊展览事业部在线投审稿系统新旧更替通知北大核心CSCD

由上海材料研究所主办的《理化检验-化学分册》、《理化检验-物理分册》、《无损检测》、《机械工程材料》、《腐蚀与防护》等期刊目前使用的投稿系统因系统本身技术落后,数据库已无法满足大负荷稿件的有效运行和作者对于投稿系统的人性化、多元化需求,且因设备陈旧,故障风险出现的几率也在不断变大。鉴于此,为了给全国广大科研人员及行业的工作者提供更加人性化、更优质的服务,提高编辑部编审稿件的效率。