考虑催化层中气液态水影响的PEMFC微观模型

在考虑气、液两相水影响的条件下基于微观格点催化层模型对聚合物膜燃料电池(PEMFC)性能进行了模拟. 通过氧浓度分布和反应速率分布的比较, 说明了同时考虑催化层中气、液两相水影响的必要性. 模拟分析了液态水体积分数、氧气浓度及氧还原反应速率等在阴极催化层中的分布情况和影响因素. 考察了不同程度‘水淹’情况下的电池性能以及催化层孔隙率对水传递和电池性能的影响. 结果显示, 催化层中‘水淹’程度对电池性能有显著影响. 催化层中较大的孔隙率便于其中水的排出, 从而有利于提高电池性能.     

自增湿阴极开放式PEMFC的温度调控

温度对自增湿阴极开放式质子交换膜燃料电池（PEMFC）的性能有着重要的影响. 依据自制的常压自增湿型PEMFC及温度控制设备搭建测试平台,测试了燃料电池在不同工作温度下的输出特性曲线-伏安曲线和功率输出曲线. 通过拟合得到了电极过程动力学参数,分析了工作温度影响电池性能的主要原因.     

SO2气体对质子交换膜燃料电池阴极性能的影响

将5×10-8~3.2×10-6(空气中的体积含量)的SO2通入质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池阴极, 研究了SO2对PEMFC性能的影响. 实验得到的电压-时间(V-t)曲线和极化(V-I)曲线表明, 空气中SO2含量达到5×10-7时, 将对PEMFC的性能产生显著的和不可逆的影响, 且SO2浓度越大电池性能的下降幅度越大. 对SO2影响前后的电化学交流阻抗谱(EIS)的解析表明, 电池电荷传递阻抗(Rct)的变化可逆, 而阴极的表面状态发生了不完全可逆的变化. 循环伏安(CV)实验数据进一步证明, SO2毒化后阴极的活性电化学表面积(EAS)缩小.     

质子交换膜燃料电池用膜材料的性能表征

质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键组件之一,其性能的好坏在很大程度上决定了PEMFC的性能。本文对PEMFC膜材料的性能表征进行了综述,讨论了膜材料的孔隙率、密度、粘度、磺化率、稳定性、选择透过性及导电性等性能的表征。     

Pt/C改性的质子交换膜在燃料电池中的应用

氢氧燃料电池的性能与质子交换膜的性能密切相关. 在燃料电池运行过程中,反应生成的水和加湿气体所含水的扩散渗透与膜内质子拖拽共同作用实现膜中水的平衡,影响膜的欧姆电阻,进而影响电池性能. 本文通过掺杂Pt/C对质子膜进行改性,并测试了改性膜的交流阻抗、吸水特性等物理性质和单电池性能及高频阻抗,说明由膜中的Pt/C催化剂原位催化渗透到膜中的氢气和氧气反应生成水,改善了电池低湿度运行时膜的含水率,从而降低膜电阻,提升电池性能.     

质子交换膜燃料电池电堆阳极饥饿反极的研究

目前,质子交换膜燃料电池(PEMFC)反极研究主要通过单电池完成,反极过程没有考虑相邻电池的影响,与电堆实际情况并不完全相同.本文通过控制加湿度和过量系数等测试条件分析了5片PEMFC电堆阳极在水淹和缺气情况下的饥饿反极情况.结果表明,在电堆阳极水淹情况下,反极单电池电压表现为缓慢下降到电解水平台然后迅速恢复的循环过程,性能恢复归因于水淹单电池阳极进出口压差上升使其液态水排出而氢气重新进入;在电堆阳极缺气情况下,反极单电池电压表现为迅速降低到碳腐蚀平台然后迅速恢复的循环过程,这是由于缺气单电池的阳极进出口压差下降使电堆内氢气重新分配.缺气反极电池电压会降低到碳腐蚀平台,因此会对电池性能造成不可逆的损害.     

直接内重整熔融碳酸盐燃料电池中甲烷蒸汽重整催化剂探索性研究

选择甲烷蒸汽重整催化剂用于直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(DIR-MCFC)中,并考察了DIR-MCFC的性能,讨论了电池放电量、气体压力、燃料气进料水/碳比(S/C)等因素对该催化剂性能的影响.结果表明,重整催化剂能够满足电池放电需求;放电量大小影响电池内的H2含量,但对CH4含量影响不大;当气体压力为0.36MPa时...     

氧化还原导电水凝胶制备及其在微生物燃料电池的应用

微生物细胞与微生物燃料电池阳极之间的电子传递效率是影响产电性能的关键因素.借助阳极修饰可以促进电子转移速率,提高电池的性能.本文合成了一种以聚4-乙烯基吡啶为骨架,中性红单体为氧化还原活性中心、具有良好导电性和生物兼容性的氧化还原水凝胶材料.其中通过共价键合固定氧化还原中介体,避免了对外界环境的二次污染.以该材料修饰碳纸作为阳极组装电池,实验表明经过修饰的生物阳极驯化周期缩短,阳极电势更接近NADH/NAD的平衡电位.该电池的功率密度较未修饰的电极的电池有明显的提高.     

采用Nafion粘结剂的PEMFC氧电极研究

研究了聚合物电解质燃料电池（PEMFC）中以Nation溶液取代PTFE乳液作粘结剂的效果．并对催化剂层内Nafion含量进行了优化，同时探讨了气体工作压力和离子交换膜的影响，实验发现：1．使用Nafion溶液后显著提高电池性能，Nafion含量为2mg·cm－2时性能技好；2．气体压力增大改善了电池位能；3．使用Nafion115膜的电池性能优于使用Nafion117膜的电池．要进一步提高电池性能，减小欧姆控制区的斜率是必要的．     

空冷型PEMFC电堆的单电池特性研究

本文对实验室自制的自增湿空冷型PEMFC电堆进行了自适应特性研究,并分析了各单电池的性能以及各电池的电压分布情况. 实验中设定操作条件为：阳极工作压力为2 bar,阴极风扇功率0.3 W,氢气室每隔10 s排水1 s. 从实验结果可以看出,空冷型PEMFC的电压分布与负载电流的大小具有一定的联系,大电流负载下电池的电压分布会出现明显的不均匀现象,根据分析结果可以看出,电堆的单体电压波动率与负载电流之间存在近似的指数关系分布,且各单片电池间内阻的差异与大电流下过高的电堆温度都会造成电压分布不均匀的现象.     

质子交换膜燃料电池模型研究进展

综述了质子交换膜燃料电池 (PEMFC)数学模型的研究进展 ,分析PEMFC中膜、催化层、扩散层和流场区域的传递现象和水、热管理的重要性 ,讨论了模型的维数、复杂性和求解方法 .提出了带有时间维数的PEMFC模型研究的实际应用意义     

静电纺丝制备质子交换膜燃料电池催化剂层综述

质子交换膜燃料电池催化剂层在成本、耐久性以及性能上的局限是制约燃料电池汽车商业化的瓶颈. 已有文献证明静电纺丝技术制备的纳米纤维催化剂层能提高催化剂利用率、增加三相界面和三相通道以及提高耐久性. 作者结合所在课题组的工作综述了静电纺丝技术制备质子交换膜燃料电池催化剂层的研究进展. 首先,介绍了质子交换膜燃料电池催化剂层的发展历程,并从制备方式和结构两个方面对其进行分类和总结;接下来,从静电纺丝纳米纤维催化剂层的制备、物理特性表征、电化学性能分析及耐久性表征等方面进行了总结;最后,从三相界面、三相通道以及量产适用性的视点比较了三种结构的催化剂层,介绍了质子交换膜燃料电池催化剂层的发展趋势,并梳理了静电纺丝法制备质子交换膜燃料电池催化剂层领域待研的问题.     

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.     

质子交换膜燃料电池气体扩散层的研究进展

气体扩散层在燃料电池中起到支撑催化层、收集电流、传导气体和排出反应产物水的重要作用。本文对气体扩散层的组成、制备方法及参数优化的实验研究现状进行了综述,介绍了现有的气体扩散层性质的各种表征方法,指出了研究中存在的问题,提出了气体扩散层的进一步改进方向。     

A review of the development of high temperature proton exchange membrane fuel cells

Due to the need for clean energy, the development of an efficient fuel cell technology for electricity generation has received considerable attention. Much of the current research efforts have investi‐gated the materials for and process development of fuel cells, including the optimization and simpli‐fication of the fuel cell components, and the modeling of the fuel cell systems to reduce their cost and improve their performance, durability and reliability to enable them to compete with the con‐ventional combustion engine. A high temperature proton exchange membrane fuel cell (HT‐PEMFC) is an interesting alternative to conventional PEMFCs as it is able to mitigate CO poisoning and water management problems. Although the HT‐PEMFC has many attractive features, it also possesses many limitations and presents several challenges to its widespread commercialization. In this re‐view, the trends of HT‐PEMFC research and development with respect to electrochemistry, mem‐brane, modeling, fuel options, and system design were presented.     

On the role of the microporous layer in PEMFC operation

The condition of liquid water breakthrough at the cathode of polymer electrolyte fuel cells (PEMFC) is studied experimentally and data on corresponding water saturation and capillary pressure are provided for gas diffusion layers (GDL) with and without a microporous layer (MPL). The data demonstrate that the GDL saturation at water breakthrough is drastically reduced from ca. 25% to ca. 5% in the presence of MPL. This observation is consistent with considerations of invasion percolation in finite-size lattices and suggests an explanation for the role of MPL in improving PEMFC performance at high current densities.     

Pt纳米催化剂在质子交换膜燃料电池催化层中的尺寸效应研究

以XC-72碳黑为载体, H2[PtCl6]为前驱体, 采用浸渍还原法并结合后续高温处理, 制备出不同尺寸Pt颗粒(3～8 nm)的Pt/C催化剂. 在基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池的电化学电解池中, 对实际PEMFC催化层中燃料电池反应的Pt催化剂尺寸效应进行了研究. 结果表明, 在PEMFC催化层环境中, Pt/C纳米催化剂对氢氧化和氧还原反应均有显著的粒度尺寸效应. 随着Pt粒度减小, 氢氧化和氧还原反应的表面积活性均降低.     

Estimation of MEA parameters and prediction of PEM fuel cells electrical performances using numerical modelling

In this paper, a coupled model of transfer phenomena within Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) developed from Stefan-Maxwell (in the diffusion and active layers), Butler-Volmer (in the active layer), and water mass transport (in the electrolyte membrane) equations is presented. This modeling allows interpreting experimental results, prediction of PEMFC electrical performances and guiding perspective investigations on optimization of PEMFC. The model helps the research of dominating sensitivity parameters, as well as the estimation of some badly known MEA (Membrane Electrode Assembly) parameters using fuel cell tests.