新型浸渍法制备的超薄燃料电池膜电极组件及其性能表征

质子交换膜燃料电池膜电极组件的性能受限于氢气与氧气在催化层中的不均匀分布。为了促进氢气与氧气在催化层中的扩散,本文使用结合了电势置换反应的新型浸渍法在质子交换膜上沉积一层具有电催化活性的Pt基合金纳米颗粒,形成了超薄的不含碳载体的催化层。在与碳纸复合后即可获得正常工作的新型膜电极。经测试,超薄催化层能提高膜电极的贵金属利用率,降低其制备成本,有利于推动质子交换膜燃料电池与相关产业的发展。

PEMFC膜电极组件(MEA)制备方法的评述

膜电极组件 (MEA)是质子交换膜燃料电池的核心部件。本文在简述MEA结构的基础上 ,根据MEA制备过程中催化层支撑体不同 ,将目前已有的多种MEA制备方法分为两类制备模式 :以GDL为支撑体和以PEM为支撑体的制备模式。文中对这些制备方法的特点进行了详细评述 ,对MEA制备方法的发展趋势进行了展望 。

质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备

采用直接涂膜技术,利用40%的Pt/C催化剂制备质子交换膜燃料电池的核心部分膜电极组件。通过优化催化层中催化剂与Nafion的最佳质量比以及扩散层的微孔层的聚四氟乙烯与碳粉的质量比以改进燃料电池的性能,并利用循环伏安、电化学阻抗谱等技术对电池的电化学性能进行了表征。研究表明催化层中催化剂与Nafion的最佳质量比为3:1时,对应的电池的活性面积最大,欧姆阻抗和电荷传递阻抗最小。另外,研究还发现在恒电流条件下,当扩散层的微孔层中碳粉质量分数为2mg/cm2,碳粉与PTFE的质量比为7:3时,放电性能最佳。

DMFC用膜电极组件的结构及性能

使用加热喷涂技术代替传统室温喷涂法制备立体化层,将立体化层引入直接甲醇燃料电池(DMFC)用膜电极组件(MEA)的结构中,优化立体化层中的Nafion载量,以增大催化层和质子交换膜之间的结合力,减少缝隙,进而降低电池内阻和物料传质阻抗。交流阻抗谱(EIS)和极化曲线证明:立体化层Nafion离子聚合物的最佳载量为0.6 mg/cm2;立体化处理的MEA较传统MEA的功率密度峰值提高19.46%;加热立体化技术将电池性能在55℃下提高到151.2 mW/cm2,机理是在进一步降低电池欧姆阻抗的同时,增大了催化层的活性面积。

质子交换膜燃料电池膜电极组件及单电池的制作和运行

叙述了氢／氧（空）质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）关键部件——膜电极组件（membrane electrode assembly，MEA）的制备和单电池组装，并且实际运行了一体化燃料电池发电系统。介绍了燃料电池的工作原理和实验内容。通过实验，使学生全面了解燃料电池的基本原理、制作过程及使用方法。

基于钛网基膜电极组件的被动式直接甲醇燃料电池

基于钛网基膜电极组件(membrane electrode assembly,MEA)设计并制作被动式直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cell,DMFC).钛网基MEA以钛金属网作为电极支撑体基底材料,Nafion117作为质子交换膜,PtRu/XC-72R作为阳极催化剂,Pt/XC-72R作为阴极催化剂.被动式DMFC壳体采用有机玻璃材料制作,密封元件采用硅胶片制作,紧固件选用标准件.在室温空气自呼吸条件下,选取不同甲醇浓度的电解液,测试了基于钛网基MEA的被动式DMFC极化性能.结果表明:当电解液中甲醇浓度从0.5 mol/L经过1.0 mol/L增大到1.5 mol/L时,基于钛网基MEA的被动式DMFC的功率密度峰值呈现先增大、后减小的规律;当甲醇浓度为1.0 mol/L,电池功率密度峰值为3.91 mW/cm2.

质子交换膜燃料电池膜电极组件性能分析

对由亲水电极与Nafion112质子交换膜制备的质子交换膜燃料电池（PEMFC）膜电极组件（MEA），测试了工作温度、气体压力、气体相对湿度和气体流量等对MEA性能的影响。试验和分析显示MEA的适宜工作条件为：温度70℃、压力0．2～0．3MPa、H2／O2或空气的相对湿度为100％／60％、H2／O2或空气流量计量比分别为1．1～1，2／1．2～1．5或2.0～2．5。在此条件下对MEA进行了1000h放电性能测试。结果表明，该MEA的结构和性能稳定，能满足燃料电池长寿命工作要求。

成型压力条件对钛网基膜电极组件性能的影响

为了获得合适的钛网基膜电极组件(MEA)的成型压力条件,以钛网作为电极支撑体材料,采用滴涂的方法制备了钛网基MEA阳极和阴极,并在135℃下,采用0、2.5、5、7.5和10 MPa的成型压力分别热压了5组钛网基MEA。对MEA的微观形貌观察、厚度测量和单电池极化性能研究,结果表明:随着成型压力逐渐增大,钛网基MEA成型厚度逐渐变薄,功率密度峰值先逐渐增大,5 MPa时达到最大值,后逐渐减小。得出5 MPa的成型压力比较合适于钛网基MEA的压制。

自呼吸式DMFC膜电极组件的新结构

提出一种新型的自呼吸式膜电极组件(MEA)结构,将用作阴极集流体的薄金属拉伸网直接嵌入阴极催化层中。电化学阻抗分析表明,新型MEA比传统MEA的欧姆电阻和扩散阻抗更小。新型MEA的最大功率密度可达9.6 mW/cm2(电池温度为25℃),比传统MEA提高了10.3%。长时间40 mA/cm2恒流测试表明,新型MEA有增强的氧传输速率和较好的水管理能力,因此电压衰减速率较小。

PEMFC膜电极组件关键材料的回收

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极组件(MEA)的结构及关键材料做了介绍,综述了MEA关键材料的回收方法。认为超临界流体法较好;醇分离法和浸渍分离法如能作进一步改进,也值得考虑。

质子交换膜燃料电池膜电极组件研究

膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池的核心部件。系统地研究了MEA的组成和结构对其性能的影响。研究提出:催化层中掺杂Nafion聚合物的亲水电极比传统的催化层中掺杂PTFE的疏水电极性能有了较大的提高;不同种类质子交换膜对MEA的性能影响很大,Nafion112和Dow膜是目前比较适宜的质子交换膜;采用石墨类碳纸的电极性能高于采用碳纤维类碳纸的电极;电极催化层中Nafion聚合物的最佳含量比为30%左右。根据氢电极和氧电极反应难度的不同,提出为了减少催化剂的用量同时不显著影响电池的性能,氢电极的铂载量应该低于电极的观点,并通过了实验验证。

直接甲醇燃料电池膜电极组件的阳极整平层

通过考察有阳极整平层(sub-layer)的膜电极组件(MEA)的极化曲线、SEM图和内阻等,研究了阳极整平层对直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响。在表面喷涂Nafion树脂,对整平层进行修饰,发现喷涂Nafion后的整平层与催化层的结合更紧密,提高了电池性能。在静止式DMFC中,以2 mol/L静止甲醇溶液为燃料,有经过修饰的整平层(1.0 mg/cm2)的MEA在常温下的功率密度达到15.3 mW/cm2,放置1 d后仅有1%的衰减。

Nafion乳液法制备燃料电池膜电极组件

本文提出一种制作燃料电池膜电极组件的新方法.该法特点在于用非极性溶剂代替传统的极性溶剂配制催化剂-Nafion混合物,从而催化层可直接涂覆到Nafion膜表面制成MEA,而不引起Nafion膜的溶胀,适合规模制作.本法所得MEA中的催化剂利用率与目前流行的转移法相近,以氢氧燃料电池的方式于常温下工作取得令人满意的初步放电结果.

质子交换膜燃料电池膜电极组件评述

膜电极三合一组件(MEA)是质子交换膜燃料电池的核心部分,MEA主要包括质子交换膜、催化剂层、气体扩散层。为了提高电池的性能,各国研究者对MEA的组件材料进行了全面的研究。分别从质子交换膜、催化剂层、气体扩散层3个部分综述了近几年来膜电极组件的研究发展。

DFAFC膜电极组件阳极催化层结构的设计

设计了混合单催化层[m(PtRu)∶m(Pd)=1∶1]、双催化层[m(PtRu)∶m(Pd)=1∶1]和三层催化层[m(PtRu)∶m(Pd)∶m(PtRu)=1∶2∶1]等阳极催化层结构的膜电极组件(MEA),催化剂总载量均为8 mg/cm2。混合单催化层和三层催化层可提高直接甲酸燃料电池(DFAFC)的稳定性和燃料利用率。以2 mol/L甲醇+10 mol/L甲酸为燃料,三层催化层MEA的峰值功率密度从以10 mol/L甲酸为燃料的36.6 mW/cm2提高到43.1 mW/cm2,放电电压从0.44 V提高到0.45 V。

电催化CO_(2)还原立方体Cu_(2)O催化剂的制备及其在大面积膜电极反应器中的应用

电化学二氧化碳还原反应(carbon dioxide reduction reaction,CO_(2)RR)产乙烯目前已成为电催化CO_(2)RR领域的研究重点和热点.通过简单的化学沉淀耦合化学还原保护法成功获得了富含(111)晶面的立方体结构Cu_(2)O催化剂,系统研究了其在H型反应器以及零间距膜电极组件(membrane electrode assembly,MEA)反应器中的电化学性能.结果表明.富含(111)晶面的立方体结构Cu_(2)O催化剂表现出了优异的产乙烯活性;相比于H型反应器,零间距MEA反应器进行CO_(2)RR时的最佳法拉第效率(Faradaic efficiency,FE)提升了13.94%,总电流密度也基本可以满足工业化的需求(>200 mA/cm^(2));设计并组装的大面积(25 cm^(2))零间距MEA反应器在CO_(2)RR中表现出了优异的催化性能,且在槽压大于2.9 V时表现出了独特的“面积效应”.“面积效应”的出现表明零极距MEA反应器在有效面积放大时,除电极面积、电解质浓度、CO_(2)流速等关键因素的调控外,极板的流道设计、导电性优化等均可能会影响催化反应的电流密度.

质子交换膜表面图案化技术进展

介绍了燃料电池的种类和特点,尤其是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的技术优势、应用领域和商业化面临的主要技术障碍。简述了膜电极组件(MEA)的结构及质子交换膜(PEM)在其中的作用,指出PEM表面图案化是提升燃料电池在高温低湿条件下综合性能的一个重要方法。总结了近年来PEM表面图案化的基本策略,包括模板铸膜法、模板压印法、辐照修饰法、表面打印和微观相分离法等,并探讨了各自的优缺点。讨论了图案化存在的问题和面临的挑战,并对未来发展方向进行了展望。

武汉理工大研发的氢燃料汽车电池膜电极组件反响强烈

膜电极组件被形象地称之为燃料电池的“心脏”，是氢燃料电池上最为关键的部分，可促使氢氧发生化学反应产生电能。从2000年开始，在国家科技部和湖北省市科技部门支持下，武汉理工大学课题组经过近7年的研究，终于率先在国内研发成功膜电极组件，并获得国家发明专利。

质子交换膜燃料电池亲水电极研究

用质量百分比为40%Pt/C+Nafion制备了亲水电极,并与Nafion112质子交换膜热压制备了质子交换膜燃料电池膜电极组件。用恒电流极化和电化学阻抗谱研究了电极组分对性能的影响,同时优化了各组分的含量。在碳纸基体和催化剂层之间引入了C/FEP催化剂支撑层,支撑层碳粉的优化载量为0.8mg/cm2,FEP的优化质量百分含量为40%。电极催化剂层Pt的适宜载量为(0.40±0.05)mg/cm2,Nafion的优化质量百分含量为30%。