双极界面聚合物膜燃料电池Ⅱ:阴极催化层结构优化

以薄层亲水电极或者厚层憎水电极作为双极燃料电池(BPFC)阴极, 系统考察了薄层亲水阴极中季铵化聚砜(QAPSF)含量、厚层憎水电极中聚四氟乙烯(PTFE)含量对电池性能的影响. 结果表明, 采用薄层亲水阴极时, 催化层中QAPSF的最佳含量是20 wt%, 室温下BPFC的最大输出功率达到186.1 mW/cm². 采用厚层憎水电极时, 催化层中PTFE的合适含量是20 wt%, 40 ℃时BPFC的最大输出功率达到461.5 mW/cm². 由于碱性阴极对排水的需求较高, 厚层憎水电极相较于薄层亲水电极在BPFC中更有优势.     

燃料电池聚合物电解质膜

本文简要介绍了聚电解质膜燃料电池的定义、分类、工作原理及其特点,综述了国内外在燃料电池聚电解质领域的最新成果。对质子传导率与甲醇渗透系数的关系进行了初步探讨,详细评述了近年来AAPEM和ACPEM这两类聚电解质膜的研究进展,并对今后的研究趋势作了展望。     

质子交换膜燃料电池阴极催化层疏水性优化（英文）

本文采用CCM法(catalyst coated membrane)技术,结合单电池极化曲线、电化学阻抗谱、极限电流法和表面接触角等多种表征技术,系统研究了直接聚四氟乙烯(PTFE)分子添加以及PTFE修饰的疏水性碳(PTTE@XC72)等不同疏水化方法对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的阴极催化层电化学性能、氧气传输阻抗和质子传输阻抗的影响。在此基础上,通过构建PTFE梯度化疏水性结构来进一步优化PEMFC的性能。结果表明,与添加PTFE@XC72相比,直接添加适量的PTFE分子对膜电极(MEA)性能提升效果更为显著,这主要与该疏水结构可在维持高速质子传导的同时,极大降低催化层的氧气传输阻抗有关。当直接添加的PTFE与催化层中碳载体的质量比为0.1时,MEA呈现最好的性能。在添加PTFE@XC72的MEA中,由于额外的碳颗粒导致催化层厚度增加,延长了反应物质的传输路径,从而使得质子传输阻抗和氧气传输阻抗均上升。在此基础上,通过在催化层不同位置直接添加PTFE构建梯度化疏水性结构。结果表明,当适量PTFE靠近催化层与气体扩散层界面分布时,MEA呈现最好的性能,峰值功率密度比未经疏水性处...     

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.     

增塑剂对PVA碱性聚合物电解质电化学性能的影响

通过溶解―铸膜法制备聚乙烯醇(PVA)-KOH-H2O碱性聚合物电解质膜。向聚合物中添加增塑剂丙三醇(GROL)和碳酸丙烯酯(PC)来提高离子电导率。X射线晶体衍射分析(XRD)结果表明,添加增塑剂未改变聚合物的物相结构,薄膜仍主要为不定形态。差示扫描热分析(DSC)结果显示,添加增塑剂后聚合物电解质膜的玻璃化转变温度降低,促进了电解质膜向不定形态转变。电解质膜室温离子电导率随增塑剂添加而增大,增塑剂超过一定量后离子电导率开始下降。PC对提高离子电导率的作用优于GROL。循环伏安测试结果显示,电解质膜的电化学稳定性窗口随增塑剂的添加而有所变窄,但仍显示了较好的电化学稳定性。     

固体聚合物电解质燃料电池的研究

报道了固体聚合物电解质燃料电池的电极制备方法和温度，压力以及阴极气量对电池性能的影响。     

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...     

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 .     

复合型季铵化聚醚砜碱性聚合物电解质膜的制备及性能

利用4,4?-二氟二苯砜(DFDPS)、9,9?-双(4-羟苯基)芴(BHPF)、2,2?-二(4-羟基苯基)丙烷(双酚A)及4,4?-(六氟异丙叉)双酚(双酚AF)为原料,制备了2类具有不同主链刚性的聚醚砜材料.以聚醚砜及其氯甲基化产物按一定质量比采用溶液浇铸法,制备了2类新型共混阴离子交换膜,并避免了成膜过程中的相分离现象.在高分子主链上通过引入双酚芴(BQPAES系列)及双酚A(BQPES系列)结构调整主链的刚性,探讨了主链刚性对性能的影响;表征了共混膜的离子交换容量(IEC)、吸水及溶胀特性与离子电导率,并考察了它们的耐水解和耐碱稳定性.结果表明:2种聚合物相容性良好,共混膜质地均一,柔韧透明,吸水率和溶胀率适中,均随着温度的升高逐渐增加、随着聚醚砜含量增加逐渐减小;在90?C时,离子电导率最高达到89 m S/cm.经过沸水处理24 h后,均保持高机械强度,失重率低于5%;经2 mol/L的Na OH溶液30?C处理168~240 h后离子电导率仍可保持65%~80%.由于含双酚芴结构的高分子主链具有更高的刚性,在类似IEC条件下,BQPAES膜显示了比BQPES膜更好的尺寸稳定性和化学稳定性,同时维持了较高的电导率水平.由此表明,复合处理及适度提高高分子主链的刚性,有利于提高膜的性能.     

碱性纳米复合聚合物电解质研究

为了提高聚氧化乙烯(PEO)/KOH 基碱性聚合物电解质的电导率, 制电解质膜时分别将纳米 TiO2、纳米β-Al2O3和纳米 SiO2添加到 PEO/KOH 体系中, 制备出了兼顾电学和力学性能的碱性纳米复合聚合物电解质. 交流阻抗测试显示, 其室温(28 ℃)电导率可达到 10-3 S?cm-1数量级. 循环伏安研究表明, 制得的电解质膜在不锈钢惰性电极上的电化学稳定窗口约为 1.6 V. 分别研究了聚合物电解质膜中 KOH, H2O, 无机纳米粉末的含量以及温度对体系电导率的影响.     

碱性固体燃料电池碱性聚合物电解质膜的最新研究进展

最近,碱性聚合物电解质膜燃料电池（APEMFC）因具有电极反应动力学快以及不依赖于贵金属铂催化剂等诸多优点而成为一个热门话题. 作为其中一个关键部件,碱性聚合物电解质膜直接影响燃料电池的性能和成本.然而,迄今为止,仍然没有令人满意的碱性电解质膜材料. 为此,大量研究被开展和报道. 本文综述了近三年内文献中关于燃料电池碱性聚合物电解质膜的最新研究进展：包括各种各样的合成策略,构效关系,水管理以及非原位或原位稳定性测试等等. 尤其是一些新的金属离子基阴离子交换膜和冠醚基阴离子交换膜首次被提及和评论.此外,还进一步预测了将来的发展趋势.     

碱性固体燃料电池碱性聚合物电解质膜的最新研究进展

最近,碱性聚合物电解质膜燃料电池（APEMFC）因具有电极反应动力学快以及不依赖于贵金属铂催化剂等诸多优点而成为一个热门话题. 作为其中一个关键部件,碱性聚合物电解质膜直接影响燃料电池的性能和成本.然而,迄今为止,仍然没有令人满意的碱性电解质膜材料. 为此,大量研究被开展和报道. 本文综述了近三年内文献中关于燃料电池碱性聚合物电解质膜的最新研究进展：包括各种各样的合成策略,构效关系,水管理以及非原位或原位稳定性测试等等. 尤其是一些新的金属离子基阴离子交换膜和冠醚基阴离子交换膜首次被提及和评论.此外,还进一步预测了将来的发展趋势.     

碱性固体燃料电池碱性聚合物电解质膜的最新研究进展

最近,碱性聚合物电解质膜燃料电池(APEMFC)因具有电极反应动力学快以及不依赖于贵金属铂催化剂等诸多优点而成为一个热门话题.作为其中一个关键部件,碱性聚合物电解质膜直接影响燃料电池的性能和成本.然而,迄今为止,仍然没有令人满意的碱性电解质膜材料.为此,大量研究被开展和报道.本文综述了近三年内文献中关于燃料电池碱性聚合物电解质膜的最新研究进展:包括各种各样的合成策略,构效关系,水管理以及非原位或原位稳定性测试等等.尤其是一些新的金属离子基阴离子交换膜和冠醚基阴离子交换膜首次被提及和评论.此外,还进一步预测了将来的发展趋势.     

碱性膜燃料电池阳极碳酸化模型研究

碱性聚电解质燃料电池（APEFC）近年来取得了可观的进展,但是在使用空气作为氧化剂工作时仍然面临着性能损失. 文献中已有多个理论试图解释性能损失的来源,但是缺乏定量化的分析. 本文根据实验发现和热力学及阳极反应的动力学分析,提出了分层的阳极碳酸化模型和方程组.模型的定量化模拟结果进一步和实验结果进行验证,提出了电池性能损失的可能原因.     

质子交换膜燃料电池中的电化学催化

系统介绍了重庆大学在质子交换膜燃料电池(PEMFC)电化学催化方面的研究工作.指出PEMFC成流过程中造成电池性能衰减及寿命短与催化剂和膜电极(MEA)相关的主要因素有:催化剂在载体表面迁移、聚结、溶解,随同载体腐蚀一并流失,催化剂中毒,MEA催化层水淹导致反应气体短缺而引起的"负差效应"以及小分子有机物缓慢的氧化动力学.重庆大学燃料电池研究小组近年来从分子模拟机理出发,结合实验求证,探索制备高活性、高稳定性、高催化剂利用率、抗溺水性电极的方法、技术和手段,为提高催化剂的寿命和利用率,降低催化剂成本,寻求可行的解决办法.     

Single-atom Catalysts for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells

Searching for high-activity, stability and highly cost-effective electrocatalysts for acid oxygen reaction reduction(ORR) has always been an urgent problem in polymer electrolyte membrane fuel cells(PEMFCs). Nonetheless, the electrochemical properties of various systems have their intrinsic limits and tremendous efforts have been paid out to search for highly efficient electrocatalysts by more rational control over the size, morphology, composition, and structure. In particular, single-atom catalysts(SACs) have attracted extensive interest due to theirs excellent activity, stability, selectivity and the highest metal utilization. In recent years, the number of papers in the field of SACs has increased rapidly, indicating that SACs have made great progress. This review focuses on SACs electrochemical applications in the acid ORR and introduces innovative syntheses, fuel cell performance and long-time durability.     

聚合物膜燃料电池阴极非Pt催化剂

简要介绍了聚合物膜燃料电池（PEMFC）的特点及其存在的主要技术问题。综述了PEMFC阴极非Pt催化剂的研究进展,重点讨论了过渡金属硫族化合物、过渡金属合金、过渡金属氮化物、过渡金属氧化物以及过渡金属大环化合物等非Pt催化剂对氧还原反应（ORR）的催化活性、化学或电化学稳定性以及耐甲醇能力等性能,提出了阴极非Pt催化剂存在的问题以及发展趋势。Ru基硫族化合物、Pd基合金和过渡金属大环化合物催化剂具有良好的性能,有望成为PEMFC阴极Pt基催化剂的替代材料。