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。     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

质子交换膜燃料电池 (PEMFC)以质子交换膜 (PEM )作为电解质和隔膜 ,其性能强烈地依靠PEM的性质 .本文分析了PEMFC对PEM的要求 ,对全氟化、部分氟化和非氟化的PEM进行了分类介绍 ,着重讨论了膜的结构、制备、性质以及它们在PEMFC中的应用     

燃料电池用聚合物质子交换膜的研究进展

质子交换膜（PEM）是质子交换膜燃料电池的核心组件之一,具有隔绝阴阳极、提供质子传递通道和阻止燃料渗透的作用. 商业化应用的全氟磺酸PEM存在燃料渗透严重、高温条件下导电性差和成本高的问题,开发性能优良的聚合物PEM显得很有必要. 本文讨论了近年来聚合物PEM的研究进展,分别从聚合物的主链、支链和交联结构角度介绍了分子结构对薄膜相分离、质子导电性、稳定性和电池性能等性能的影响,并讨论了聚合物分子结构设计方面存在的问题,最后对燃料电池用聚合物PEM在未来的发展方向进行了展望.     

燃料电池用高温质子交换膜

与传统质子交换膜燃料电池相比,高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)不仅可以提高催化剂对CO 的耐受能力,还能简化水热管理,提高能量转化效率.高温质子交换膜是实现高温操作的关键部件之一.掺杂无机磷酸的高温质子交换膜因为在高温度(100～200℃)和低相对湿度下具有较高的质子传导率,以及较长使用寿命而成为研究的热点...     

燃料电池用磷酸掺杂高温质子交换膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)具有高温下电极反应动力学快、催化剂抗毒化能力强及水热管理简单的优点,是当今燃料电池的重要研究领域之一.作为HT-PEMFC的关键部件,高温质子交换膜直接影响着燃料电池的输出性能和使用寿命.磷酸掺杂型高温质子交换膜因其高温低湿或无水条件下较高的质子电导率、良好的化学稳定性及热稳定性等而成为高温质子交换膜材料的研究热点.但是,在实际应用过程中,其面临质子电导率与力学性能难以协同兼顾以及磷酸流失等问题.结合本课题组及国内外的文献报道,本文综述了磷酸掺杂高温质子交换膜的研究现状、关键科学问题及解决策略,展望了HT-PEM的未来发展方向.     

直接甲醇燃料电池用聚合物质子交换膜的研究进展

对各种类型的聚合物质子交换膜,如全氟磺酸聚合物、部分氟化磺酸聚合物、非氟磺酸聚合物、有机-无机复合质子交换膜的结构、性质以及最新的研究进展进行了综述.并且,对该领域未来的发展进行了展望.     

碱性燃料电池用PFA基季铵盐类阴离子交换膜的稳定性

采用辐射接枝法将氯甲基苯乙烯（VBC）接枝到四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物（PFA）基底上并对其进行季铵化和碱性化改性制备了阴离子交换膜（PFA-g-PVBC）.对制得的膜采用薄膜拉伸试验、热重（TG）、热水和热碱处理等方法考察了其机械性能、热稳定性和化学稳定性.结果表明：PFA-g-PVBC阴离子交换膜具有良好的机械性能,该膜在60℃去离子水中和室温下碱性溶液中可稳定存在,但在60℃碱性溶液中因Hofmann降解反应和直接亲核取代反应而导致其电导率下降.将该膜应用于常温＂自呼吸＂式碱性直接乙醇燃料电池中,30mAcm-2恒电流放电情况下,电池可一次性连续放电10h以上,累计放电时间长达30h.     

燃料电池用填孔型质子交换膜

填孔型质子交换膜是一种将电解质填充到多孔的基底膜中形成的新型质子交换膜。与传统的全氟磺酸膜相比,填孔型质子交换膜具有不溶胀、甲醇渗透率低、质子传导率高、价格低廉以及材料选择范围广等优点。本文介绍了分别以聚合物多孔膜,有机/无机多孔膜和无机多孔膜为基底的三种填孔型质子交换膜的研究现状,并对质子交换膜的发展方向和趋势进行了预测。     

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。     

Highly Water Resistant Anion Exchange Membrane for Fuel Cells

For anion exchange membranes (AEMs), achieving efficient hydroxide conductivity without excessive hydrophilicity presents a challenge. Hence, new strategies for constructing mechanically strengthened and hydroxide conductive (especially at controlled humidity) membranes are critical for developing better AEMs. Macromolecular modification involving ylide chemistry (Wittig reaction) for the fabrication of novel AEMs with an interpenetrating polymer network structure is reported. The macromolecular modification is cost effective, facile, and based on a one‐pot synthesis. AEM water uptake is reduced to 3.6 wt% and a high hydroxide conductivity (69.7 mS cm⁻¹, 90 °C) is achieved simultaneously. More importantly, the membrane exhibits similar tensile strength (>35 MPa) and comparable flexibility in both dry and wet states. These AEMs could find further applications within anion exchange membrane fuel cells with low humidity or photoelectric assemblies.

     

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。     

微型质子交换膜燃料电池

针对近期微能源领域对微型质子交换膜燃料电池的各种应用,特别是在移动电子产品中的应用研究日益受到重视,本文较为详细地介绍了各国、特别是美国、日本和欧洲等国家开展微型燃料电池研发的特点和趋势,并对微型质子交换膜燃料电池研发过程中存在的困难及商业化前景作了简要分析。     

Novel Crosslinked Alkaline Exchange Membranes Based on Poly(phthalazinone ether ketone) for Anion Exchange Membrane Fuel Cell Applications

Novel crosslinked anion exchange membranes based on poly(phthalazinone ether ketone) (PPEK) were successfully prepared through chloromethylation, quaternization, membrane casting and OH‐ ionic exchange reaction from the quaternized PPEK (QPPEK) membrane. The quaternization was performed with N‐methylimidazolium (MIm) as ammonium agent and tetramethylethylenediamine (TMEDA) as crosslinking agent. The ion‐exchange capacity, swelling ratio (SR), water uptake (WU), and ionic conductivity of the QPPEK alkaline membranes have been systematically investigated. The results showed that QPPEK membranes have a high hydroxide conductivity and very low SR. For the QPPEK‐4 alkaline membrane with ion‐exchange capacity (IEC) 2.63 mmol/g, the WU was 35.8%, and the hydroxide conductivity was 0.028 S/cm at 30 °C and 0.032 S/cm at 70 °C, while its SR was only 7.6%. The thermal properties of the QPPEK alkaline membrane and CMPPEK were characterized using thermo‐gravimetric analysis measurements in a nitrogen atmosphere. The alkaline resistance of membrane QPPEK ?4 was also briefly investigated in 6 M KOH at 60 °C. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2013 , 51, 1632–1638     

Recent Development of Anion Exchange Membrane Fuel Cells and Performance Optimization Strategies: A Review

Anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs) are the most promising low-temperature fuel cells and have received extensive attention. Compared to PEMFCs, the cost per unit of power can be significantly reduced for AEMFCs because, in theory, they allow the usage of non-precious metal catalysts and low-cost cell components. Owing to the development of advanced materials and performance improvement strategies, AEMFCs have achieved new records in both initial performance and durability. However, the high performance currently achieved is contingent on certain conditions, e. g., high Pt loading, large gas flowrates, and operation in pure O₂, which are far from practical applications. Therefore, the transition to commercially relevant performance and durability is the next goal of AEMFCs. This paper reviews the performance data of H₂-fueled AEMFCs since 2010 and summarizes possible performance optimization schemes, which can provide useful insights for developing next-generation AEMFCs.     

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.     

基于阳离子交换基团的阴离子交换膜研究进展

近年来,阴离子交换膜燃料电池的发展受到了广泛关注。 开发具有碱稳定性能优异、电导率高的阴离子交换膜材料成为了研究的热点。 阴离子交换膜(AEM)主要由聚合物骨架和阳离子基团组成,除了聚合物骨架结构,离子交换基团是影响膜碱稳定性和电导率的重要因素,因此,设计离子基团是提高膜性能的重要手段之一。 本文综述了近年来功能基团分别为季铵、胍基、咪唑鎓盐、季鏻、金属配合物、N-螺环季铵盐、哌啶和吡咯等阳离子交换基团的AEM的研究进展,其中包括不同种类阳离子交换基团的AEM的结构,碱稳定性能和OH^-电导率,同时对于含有阳离子交换基团的AEM的结构设计进行了分析和展望。     

质子交换膜燃料电池有序化膜电极

质子交换膜燃料电池的核心部件--膜电极经历了两代传统制备方法后,已经进入第三代有序化膜电极发展阶段.有序化膜电极包括质子导体有序化膜电极和电子导体有序化膜电极两大类,而电子导体有序化膜电极包括催化剂材料有序化膜电极和催化剂载体材料有序化膜电极.有序化膜电极具有良好的电子、质子、水和气体等多相物质传输通道,从而可以大大降低膜电极中Pt载量、提升燃料电池的发电性能和延长燃料电池寿命.本文整理了近几年有关有序化膜电极的研究报道,梳理了有序化膜电极研究进展,归纳比较了各种有序化膜电极制备方法的优缺点,对未来高性能、低成本和长寿命的膜电极制备技术开发具有指导意义.     

质子交换膜燃料电池梯度化膜电极

为实现质子交换膜燃料电池的高性能(高功率密度或大电流密度)、低成本(低铂载量)、长寿命发电,人们尝试在燃料电池的核心部件膜电极结构中引入梯度化设计的概念。梯度化膜电极包括膜电极中各组件的梯度化:气体扩散层的PTFE含量与孔隙率的梯度化,催化层的催化剂与Nafion用量的梯度化以及微孔层的疏水性与孔隙率的梯度化。梯度化膜电极中催化剂分布、孔隙率分布、亲/疏水性分布合理,具有良好的三相反应界面以及质子、电子、反应气体、水等多相物质高效传输通道,从而能满足在低铂载量、低加湿以及高电流密度条件下高性能稳定工作。本文整理了近几年来有关燃料电池梯度化膜电极研究的相关文献,梳理了梯度化膜电极研究发展脉络,归纳总结了各种梯度化膜电极的制备方法、性能以及构效关系,并展望了梯度化膜电极下一步研究方向,对高性能、低成本、长寿命的燃料电池开发具有指导意义。     

质子交换膜燃料电池的水平衡

水平衡是制约质子交换膜燃料电池（PEMFC）性能稳定的关键技术之一。本文针对以H2为燃料的PEMFC的水平衡,首先介绍了电池的工作原理及水迁移;通过实验,证明了电池失水、积水对电池性能及寿命的影响,说明了水平衡的重要性;从电池的组成结构及运行参数详细讨论了影响水平衡的主要因素;并对电池水平衡的管理方法作了讨论。