Graphene-based bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells

Bipolar plates(BPs)are a major component of polymer electrolyte membrane fuel cells(PEMFCs).BPs play a multifunctional character within a PEMFC stack.It is one of the most costly and critical part of the fuel cell,and hence the development of efficient and cost-effective BPs is of much interest for the fabrication of next-generation PEMFCs in future.Owing to high electrical conductivity and chemical inertness,graphene is an ideal candidate to be utilized in BPs.This paper reviews recent advances in the area of graphene-based BPs for PEMFC applications.Various aspects including the momentous functions of BPs in the PEMFC,favorable features of graphene.based BPs,performance evaluation of various reported BPs with their advantages and disadvantages,challenges at commercial level products and future prospects of frontier research in this direction are extensively documented.

用于质子交换膜燃料电池的碳载铂电催化剂

以甲醛为还原剂 ,氯铂酸为原料 ,XC 72碳黑为载体 ,制备了不同铂含量的碳载铂电催化剂 ,并用BET ,XRD ,TEM和循环伏安法对催化剂进行了表征 ,用质子交换膜燃料电池单电池对催化剂性能进行了评价 .结果表明 ,铂晶粒主要吸附在碳黑的表面和大孔中 .当催化剂的铂载量由 2 0 %提高到 40 %时 ,由于铂颗粒占据部分碳黑表面 ,使催化剂的孔体积和比表面积都有所减小 ;当铂载量进一步提高到 60 %时 ,由于铂晶体颗粒形成的微孔开始占一定分率 ,使催化剂的总体积和比表面积的减小幅度下降 .铂晶体颗粒大小在 2～ 4nm范围内 ;随着铂载量的提高 ,表面铂有部分聚结 ,铂晶体的粒径增大 ,催化剂的电化学比表面积减小 .铂载量为 40 %时 。

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．

电极结构对质子交换膜燃料电池性能的影响

采用沉积法制备质子交换膜燃料电池电极，研究了电极结构对电池性能的影响。催化层内憎水材料聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）形成憎水孔，为气体传递提供通道，减小传质过电位，但是过多的ＰＴＦＥ将增大电子阻力；催化层内浸入质子导体Ｎａｆｉｏｎ，为质子传递提供通道，增大电化学反应界面，提高催化剂的利用率，但过多的Ｎａｆｉｏｎ将减少气体通道，增大气体传递阻力；同样催化层中催化剂亦有最适值，过少不能满足电极电化学反应的要求，过多将增大气体和质子传递阻力。本文所制的电极在获得最佳电池性能时，催化层内催化剂Ｐｔ为６ｍｇ／ｃｍ２，Ｎａｆｉｏｎ为０．５ｍｇ／ｃｍ２，ＰＴＦＥ为１０％。

质子交换膜燃料电池阴极数学模型

Ｓｔｅｆａｎ－Ｍａｘｗｅｌｌ方程用于氧在扩散层内传递；稳态连续方程和Ｆｉｃｋ 第一定律分别用于氧在催化层内气体通道和电解质膜中传递，采用一维宏观均匀模型，建立了质子交换膜燃料电池氧电极的数学模型。给出了反应速度和氧气浓度在催化层内分布，并分析了各种参数对氧电极性能的影响。结果表明：（１）当催化层内气相孔隙率为０．０１以上，则氧在催化层内浓度分布就趋于均匀；（２）催化层厚度为２５ μｍ 左右最佳，过厚影响传质，过薄不能提供足够的反应界面；（３）提高催化层内质子电导和催化剂的有效表面积将极大地提高电极性能；（４）低电流密度时，反应在催化层内分布均匀；高电流密度时，反应集中在催化层靠近扩散层一则。

质子交换膜燃料电池技术进展

通过对近年来燃料电池专利的研究 ,对质子交换膜燃料电池 (PEMFC)研究中的关键问题 ,如聚合物电解质薄膜、催化剂、电极和电极膜组件制备工艺、流场的设计模式等进行分析 ,简单介绍了聚合物电解质薄膜、高活性催化剂、高性能电极和电极膜组件的制备工艺以及流场设计模式的发展和现状。指出提高电极的交换电流密度 ,降低电池的内阻是提高电池性能的基础 ,合理的流场设计模式是电池整体性能稳定的保障 ,各个因素相互影响。

离子交换膜燃料电池初步研究

离子交换膜燃料电池(PEMFC)的研究与应用开发再度兴起,并取得了突破性进展,使人们意识到这一电池技术在能源应用领域中前景广阔.本文简要介绍利用航天氢氧燃料电池(碱性燃料电池)研究工作经验和技术积累,探索离子交换膜燃料电池的电极立体化过程、电极与离子膜“三合一”组件制备工艺条件以及使用国产离子膜作为电解质的单电池运行条件与实验结果.

聚合物质子传导电解质膜的研究进展

聚合物质子传导电解质膜(或称质子交换膜)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电解质和隔膜,其性能在很大程度上决定了PEMFC的性能。本文对目前已商业化的全氟磺酸膜和部分氟化膜以及目前正在大力开发的非氟化质子交换膜的状况及研究进展进行了介绍,并讨论了这些质子交换膜的结构、制备、性能以及它们在燃料电池中的应用。

质子交换膜燃料电池的研究与应用进展

综述了质子交换膜燃料电池的研究及应用状况,并对影响其性能的因素进行了讨论,指出了今后的研究方向。

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。

离子液体在聚合物质子导电材料中的应用研究进展

以Nafion为代表的全氟磺酸水化膜是目前聚合物电解质膜燃料电池(PEMFCs)中最常用的质子交换膜(PEM),但此类膜的质子导电性能强烈依赖于水,由水的冻结或蒸发会使其失去质子导电性能。离子液体具有接近零的蒸汽压、低熔点、较宽的电化学窗口,将离子液体引入PEM体系可望大大扩展PEM的工作温度范围,提高其电导率。文中对近年来离子液体在聚合物质子导电材料中的应用进行了综述,并对其研究发展前景作了展望。

质子交换膜燃料电池新结构

质子交换膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）能量效率和功率密度高，无电解质腐蚀，环境友好，可望广泛用于电动汽车的发电装置、便携式电源和地面发电站等．许多发达国家都投巨资对其进行研究开发［１］．传统的单对ＰＥＭＦＣ由膜～电极组件和其两侧的集流板构成，其中膜～电极组...

基于无机固体酸的燃料电池用质子交换膜的研究进展

概述了基于无机固体酸的燃料电池用质子交换膜的发展背景以及研究现状,较详细地介绍了这类电解质膜的导电机理及其在机理方面的研究,展望了其发展前景,也提出了固体酸电解质膜应用中必须解决的问题。

质子交换膜燃料电池数学模型评述

比较和分析了不同的质子交换膜燃料电池数学模型，指出了各自优缺点。其主要结论是高电流密度时，膜电阻是主要的过电位损失；当采用空气为氧化剂时，质量传递阻力是电池性能的重要限制因素；电池伏－安曲线偏离线性区的原因是扩散层被水淹；水在膜内传递主要是电迁移和扩散，二种相反作用的结果使膜中净水传递为０．２（Ｈ２Ｏ／Ｈ＋）左右；为了防止高电流密度时，膜阳极侧失水，使膜电阻增大，必须对阳极反应气进行增湿，空气做氧化剂时，阴极亦应适当增湿；排热对水管理有重要影响，必须同时考虑水平衡和热平衡。

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.

有机-无机杂化材料制备质子交换膜的研究进展

综述了近年来采用有机 -无机杂化材料制备质子交换膜的研究进展 ,重点介绍了由掺入了质子导电单元或经过磺化的有机 -无机杂化材料制得的质子交换膜及由带磺酸基的有机硅通过溶胶 -凝胶工艺制备的有机 -无机杂化质子材料制得的交换膜 。

质子交换膜燃料电池电极制备及评价

质子交换膜燃料电池采用固体聚合物膜为电解质简化了电池的水和电解质管理；薄的电解质膜使其可以获得非常高的比能量密度；高度可靠性和环境友好使其在用于航天、陆地和水下设备电源等方面具有广泛的应用前景研究了质子交换膜燃料电池的电催化剂和电极制备并同国外的电极进行了比较．结果表明：自制电极电池的性能接近国外同类产品．

磷酸掺杂磺化聚(亚芳基醚)-聚(N-乙烯基咪唑)膜制备研究

以磺化聚亚芳基醚(SDF-F)为酸性聚合物,聚(N-乙烯基咪唑)(PVIm)为碱性聚合物,通过不同类型聚合物的离子交联制备了1种新型膜。制备的膜采用凝胶渗透色谱(GPC)、傅里叶变换红外(FT-IR)、X-射线光电子能谱(XPS)、X-射线衍射(XRD)以及电子显微镜(FE-SEM)和能量色散光谱(EDS)等方法研究聚合物的理化性质。结果表明,SDF-F和PVIm之间的离子交联改变了N 1s和S 2p的结合能,磷酸掺杂后聚合物的结晶度有所降低,横截面的EDS线扫描图像显示磷酸分布均匀。合成的SDF-F/PVIm已被确定为有望用于高温质子交换膜燃料电池的新型聚合物电解质。

SPE水电解池与H_2/O_2型PEM燃料电池比较

对固体聚合物电解质(SPE)水电解池与H2/O2型质子交换膜(PEM)燃料电池进行了比较,在指出二者相同之处的同时,主要阐述了它们在电化学反应、材料选用以及其他方面的不同之处。