高温聚合物电解质膜燃料电池催化剂的研究进展

高温聚合物电解质膜燃料电池(HT-PEMFCs)是一类将化学能转换为电能的能量转换装置,与传统的低温聚合物膜燃料电池相比具有诸多优势.目前HT-PEMFCs主要是以铂作为催化剂.铂基催化剂对于燃料电池氧还原反应(ORR)和氢氧化反应(HOR)有好的催化活性,但在HT-PEMFCs中通常需要高载量的铂基催化剂,以缓解磷酸在铂表面强吸附对活性表达的限制,其存在成本高、活性不足、长时间运行下活性降低及载体腐蚀等问题.本文总结了最近关于HT-PEMFCs催化剂的研究进展,系统分析了贵金属、非贵金属催化剂在HTPEMFCs中的应用前景,并对现阶段HT-PEMFCs催化剂的发展应用进行了展望.

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料电池的膜电极结构设计与优化提供了新思路。

1~5 kW高温聚合物电解质膜燃料电池堆的理论模拟与组装测试

以大尺寸单电池(有效工作面积为165 cm2)和多片单电池组装而成的电堆为研究对象,通过数值模拟和实验测试相结合的方法探究了单电池数量对高温聚合物电解质膜燃料电池堆输出性能、单池一致性和热管理的影响。模拟结果显示,当电堆的单池数量从10片增加至60片时,平均单池电压从0.6414 V略微降低至0.6404 V,且单池之间电压极差从1.8 mV增加至6.5 mV;单池间的平均工作温度从431.01 K升高至433.90 K,且每单池自身工作温度的极差从6.95 K增加至10.22 K。表明随着电堆单池数量的增加,电堆的平均单池电压呈轻微下降趋势,且单池间电压极差变大,单池电压一致性有所下降,单池间的温差变大,其单池自身的均温一致性也有所降低,电堆热管理难度增加。在模拟结果的指导下分别组装了30、60和120片单池的高温膜燃料电池堆,在氢/空干气、33 A的恒流放电条件下,测得30、60和120片单池电堆的平均单池电压分别为0.6566、0.6548和0.6552 V,单池极差从24 mV增加到59 mV,与模拟结果显示出良好的一致性,验证了模拟结果的有效性。在氢/空干气计量系数为1.5/2.5的操作条件下,展示出了优异的输出性能,三个电堆在80 A电流放电时的输出功率分别达到1.35、2.64和5.28 kW。研究结果可为千瓦级高温聚合物电解质膜燃料电池堆的设计和组装测试提供理论和实践指导。

聚合物电解质膜燃料电池雾化水热管理系统的性能研究

聚合物电解质膜燃料电池是绿色环保的能源利用技术,电池内部的水热平衡对电池性能至关重要。通过雾化冷却实验、非持续雾化实验、雾化激活电池实验,探究雾化对聚合物电解质膜燃料电池性能和寿命的影响。结果表明:与不使用雾化相比,100 mL/h的雾化量可以将电池内部平均温度降低10℃;非持性雾化后,在全工作电压范围内的电池性能得到明显提升。与未使用雾化相比,在6.0 V条件下雾化20 min的电池的电流输出增加20%。雾化技术还可以重新激活搁置的电池;雾化协同送风使电池性能几乎重新恢复到出厂前的状态,同时促进了电池高电流输出时的稳定性。电池极限输出功率比出厂前高出约24.9%。

用于聚合物电解质膜燃料电池中的质子导电膜

聚合物电解质膜燃料电池 (PEMFC)是 2 0世纪 6 0年代兴起的第五代燃料电池 ,以其诸多优点正引起人们越来越多的关注和研究。其中作为电解质的功能高分子膜是这类燃料电池的“心脏”,起着隔离阴阳极、绝缘电子和选择性输运质子的作用。它的性能决定着 PEMFC的输出功率、电池效率、成本及应用前景。文中对这类膜材料 (包括全氟磺酸膜、掺杂酸型膜及接枝型磺酸膜等 )的结构、性能及发展现状作了综述 ,并指出在膜材料上的突破将使燃料电池成为 2

聚合物燃料电池的研史与开发

首先从电化学反应工程的角度对比分析了燃料电池与原电池、蓄电池在反应器结构、工作方式、特性指标等方面的不同特征和在化学电源中的地位，继而评述了聚合物燃料电池（PEMF）在国外的研究和开发近况，包括各种样机的研制，降低电堆材料（电催化剂、离子交换外双极板）成本和实现批量化生产所进行的研究工作，在评论了国内近年来PEMFC研究情况后对我国PIUFC的研究和开发提出了建议。

直接甲醇燃料电池新型聚合物膜的研究

通过溶液共混方法 ,制备了聚偏氟乙烯与聚苯乙烯磺酸 (PVDF_PSSA)、聚偏氟乙烯与Nafion(PVDF_Nafion)两种共混膜 .研究了膜组成对膜电导率和甲醇透过率的影响 .与Nafion 1 1 7膜相比 ,PVDF_Nafion共混膜在Nafion含量为 2 5wt%时 ,电导率σ下降 2个数量级 ,而甲醇透过率P却降低 3个数量级 .若以 (σ/P)为综合指标 ,则PVDF_Nafion共混膜和PVDF_PSSA共混膜的综合性能分别比Nafion 1 1 7膜高约 4 0倍、1

活性炭载体对聚合物电解质膜燃料电池中炭载铂电催化剂性能的影响

分别以松木炭和VulcanXC 72炭为载体制得炭载铂电催化剂 ,在聚合物电解质膜燃料电池 (PEMFC)中对其性能进行了比较。结果表明 :VulcanXC 72炭作载体的电催化剂性能显著优于松木炭作载体的电催化剂 ,利用多种分析方法对活性炭的物理和表面化学性质进行了系统的研究 ,发现活性炭的孔径。

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．

石墨相氮化碳在聚合物电解质膜中的研究进展

燃料电池因具有能源转换效率高、近零污染、低噪音等优点受到广泛关注。聚合物电解质膜作为燃料电池的重要组成部件之一,其性能优劣决定了电池的实际表现。为解决聚合物电解质膜在稳定性及离子传导率方面存在的不足,无机纳米材料掺杂作为常规的改性手段应用到聚合物电解质膜材料中。近年来,石墨相氮化碳(g-C_(3)N_4)因其独特的结构特征和优秀的物化性能,被广泛应用于聚合物电解质膜材料的制备和改性。本文主要综述了g-C_(3)N_4的结构和性质,总结了g-C_(3)N_4基复合膜的制备方法,重点对目前g-C_(3)N_4在聚合物电解质膜中的研究和应用情况进行了综述,展示了其在聚合物电解质膜改性方面的重要成果,并对其在该领域未来的发展做出展望。

高温质子交换膜燃料电池用离子液体聚合物电解质的研究进展

综述了近十几年来高温质子交换膜燃料电池用离子液体聚合物电解质的研究进展及其在高温质子交换膜燃料电池中的应用进展,指出了此类电解质目前存在的亟待解决的两个问题:咪唑类离子液体毒化Pt基催化剂和复合膜中离子液体的长期稳定性。最后对高温质子交换膜燃料电池用离子液体聚合物电解质的发展前景作了展望,即开发与Pt基催化剂相容的离子液体聚合物电解质以及预防复合膜内离子液体的流失,即提高高温质子交换膜燃料电池的性能及长期稳定性,最终提高高温燃料电池的寿命。

聚合物电解质膜燃料电池电催化剂的进展

评述了近年来聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)电催化剂的进展,其中包括核/壳结构、中空结构等结构及形状可控的Pt基催化剂、非贵金属催化剂及石墨烯、有序介孔碳等新型载体,并对发展前景进行了展望。

双极界面聚合物膜燃料电池研究进展

双极界面聚合物膜燃料电池(BPFCs)作为一类新型的具有酸碱双极界面结构的聚合物膜燃料电池,其新颖的膜电极结构带来了突出的优势以及独特的界面问题。随着关键材料与界面工艺的发展,近年来双极界面聚合物膜燃料电池取得了显著的研究成果。本文将梳理膜电极工艺及结构、关键反应界面、水传输机制以及非铂催化剂应用等方面的研究进展。这些基础理论与关键技术的发展为双极界面聚合物膜燃料电池未来深入研究和开发奠定了良好的基础。

聚合物电解质燃料电池中的酞菁催化剂

为了降低聚合物电解质燃料电池(PEFC)的成本,提高直接甲醇聚合物电解质燃料电池(DMFC)中正极催化剂对甲醇渗漏的不敏感性,开发全新的氧还原电催化剂以替代传统的铂(Pt)催化剂的工作正在展开。详细描述了金属酞菁类大环化合物(MPc)代替Pt在PEFC中作为氧还原电催化剂的使用和各种MPc构型及处理方法对氧还原电催化活性的影响。从理论上对MPc的氧还原电催化机理进行了介绍,并给出金属酞菁类化合物在PEFC中作为氧还原催化剂的使用方法。

用于高温质子交换膜燃料电池的聚合物电解质膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池在降低燃料电池水热管理复杂性、催化剂中毒方面有明显优势;可改善电池阴阳两极尤其是阴极氧气还原反应的动力学特性,提高电池的效率。聚合物电解质膜作为关键材料之一,在高温时易失水导致质子传导率降低、机械强度和热稳定性不高等问题。本文基于磺酸、磷酸和离子液体等不同质子传递介质,对高温聚合物电解质膜进行综述,比较了各类聚合物电解质膜的优缺点及应用时存在的问题,着重探讨嵌段共聚物在高温聚合物电解质膜方面的潜在应用,指出离子液体的添加不但可作为质子载体,而且在构建嵌段聚合物结构方面可发挥"诱导剂"作用。提出通过分子设计可更好了解嵌段聚合物的空间构效关系,进而通过结构设计提高膜的质子传导性能和稳定性。

燃料电池聚合物电解质膜

本文简要介绍了聚合物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合物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这两类聚合物电解质膜的研究进展,并对今后的研究趋势作了展望。

含杂萘联苯结构聚合物膜的直接甲醇燃料电池性能

质子交换膜是直接甲醇燃料电池(DMFC)的关键组成部分.通过磺化制备了磺化杂萘联苯聚醚酮(SPPEK)、磺化杂萘联苯聚醚砜(SPPES)和磺化杂萘联苯聚醚砜酮(SPPESK)三种含杂萘联苯结构的新质子交换膜,测试了其热稳定性、质子导电性和甲醇透过性能.SPPESK的热分解温度比相近离子交换容量(IEC)的SPPEK和SPPES约低100℃,三种膜均具有良好的导电和阻醇性能;分别以三种膜为电解质组装DMFC考察了其性能,DMFC的开路电压随膜的阻醇性的提高而增大,三种膜的开路电压均高于Nafion115膜,但在较高电流密度的区域三种新膜的性能均比Nafion115膜差.

聚合物膜燃料电池NG/PF复合双极板研究

以热塑性酚醛树脂(PF树脂)、天然鳞片石墨(NG)为主要原料,采用模压工艺制备了NG/PF复合双极板。考察了不同PF质量百分含量以及不同模压压力对双极板性能的影响。研究发现当PF质量百分含量为10%、模压压力为70MPa时,制得双极板的综合性能最佳,而且可很好满足聚合物膜燃料电池双极板要求。

改性磺化聚醚醚酮用作直接甲醇燃料电池聚合物电解质膜

1引言 聚合物电解质膜燃料电池（Polymer electrolyte membrane fuel cell，PEMFC）是一种能直接将燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的电化学装置，具有能量转换效率高、环境友好、比能量高（相对于电池）、操作温度低、启动快的特点，可广泛应用于汽车、电站、移动电源等领域。聚合物电解质膜则是PEMFC中的核心部件，起着分隔燃料和氧化剂、传导离子和绝缘电子的作用，一直以来都是燃料电池研究领域的热点。

聚合物电解质膜燃料电池空气供应系统故障诊断

聚合物电解质膜燃料电池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell,PEMFC)空气供应系统中的故障通常会导致系统性能衰减甚至对电堆造成损害.针对PEMFC空气供应系统的故障诊断问题,提出了一种基于改进的人工蜂群算法(IABC)优化支持向量机(SVM)的故障诊断方法.采用文献中的非线性燃料电池系统模型,并在系统中加入方差为1的高斯噪声.通过引入Levy飞行策略,对标准人工蜂群算法(ABC)进行改进,提高了人工蜂群算法的全局搜索的能力,进而通过改进的人工蜂群算法优化支持向量机的惩罚因子C和核函数参数g,利用优化后的SVM分类器模型对PEMFC空气供应系统进行故障诊断研究.结果表明,该IABC-SVM算法故障诊断的准确率达到96.12%,具有良好的故障诊断效果.