双氧水对自呼吸式燃料电池性能的影响

将双氧水加入到阳极燃料甲醇溶液中来研究其对DMFC性能的影响。双氧水作为阳极助氧化剂将甲醇催化氧化产生的中间体CO氧化成气体CO2排出,从而减少中间体在催化层表面的吸附,增强催化剂的催化性能,从而提高电池的输出性能。通过探讨不同双氧水浓度和不同温度情况下,甲醇催化氧化的氧化峰电流密度及自呼吸式燃料电池的极限功率密度,阻抗等性能来分析双氧水在其中的作用。结果表明低浓度的双氧水确实能提高DMFC的输出性能,并且在双氧水的浓度为0.05 mol/L,温度为55℃时DMFC性能最佳。     

液体进料直接甲醇燃料电池的电化学性能

采用循环伏安法、交流阻抗法和稳态电流 电压极化曲线法,研究了不同操作条件下液体进料直接甲醇燃料电池(DMFC)的放电性能,分析了甲醇浓度、电池工作温度和氧气压力对电极反应的影响。DMFC的放电性能因电池工作温度和氧气压力的提高而改善。增大甲醇浓度,阳极反应动力学性能改善,浓差极化被推迟,但甲醇穿透量同时增加。电池性能在甲醇浓度为2.0mol/L时达到最佳。     

运行参数对单体直接甲醇燃料电池性能的影响

分别在不同温度、不同燃料浓度、不同燃料进料速度下测试了单体直接甲醇燃料电池的极化曲线、功率密度曲线以及阴、阳极的极化曲线.结果表明:随着电池操作温度升高电池性能逐渐提高,阳极极化过电位明显减小;但甲醇的渗透速率也同时增大,在阴极产生混合电位,增大了阴极极化;随着进料浓度升高,阳极出现浓差极化的电流密度增大,甲醇渗透速率增加,阴极电化学极化过电位增大;在电池运行温度、阳极燃料浓度一定情况下,进料速度对电池性能影响相对较小;在所研究的电池运行参数范围内,电池温度为60℃、阳极燃料浓度为1.0 mol/L、进料速度为2.5 mL/min时电池的性能最佳,最大功率密度为61.7 mW/cm2.     

表面改性金属材料双极板前处理的研究

在不锈钢表面制备一层导电性好、耐腐蚀的薄膜,是获得高性能质子交换膜燃料电池双极板材料的有效方法.实验分别采用抛光、喷砂和拉砂三种方法对不锈钢基体进行了前处理,然后利用物理气相沉积技术在不锈钢表面制备了TiN膜.观察了双极板材料的微观结构.并对其导电性和耐蚀性进行评价,以研究基体前处理对性能的影响.经过不同的前处理,双极板材料表面呈现出完全不同的微观结构.双极板材料的界面导电性与有效接触面积密切相关.当与碳纸接触时,抛光前处理的双极板材料导电性最好;当与膨胀石墨接触时,喷砂前处理的双极板材料电阻最低.在模拟电池腐蚀环境下0.5 mol/L H2SO4 2×10-6 F-的电化学腐蚀结果显示,喷砂前处理的双极板材料具有最好的耐腐蚀能力.     

运行条件对小型直接甲醇燃料电池性能影响

采用转压法制作4 cm2的膜电极,装配出小型直接甲醇燃料(DMFC)单体电池,对电池最佳运行条件进行实验研究.结果表明:电池经过70℃热水循环24 h后性能基本稳定,电池的性能受温度和甲醇浓度影响较大.23℃时.用1.5 mol/L甲醇溶液电池性能较好;在60℃时,用1.0 mol/L甲醇溶液电池性能较好;80℃时,在低电流密度区,用0.2mol/L的甲醇溶液电池性能较好,在高电流密度区,用0.5 mol/L的甲醇溶液电池性能较好.60℃工作温度下,电池运行所需要的最佳甲醇流速为1 mL/mIn.最佳氧气流量为250 mL/min.     

低温燃料电池电催化剂的研究近况

质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)是两种最先进的低温燃料电池,介绍了它们的阳极和阴极电催化剂近年的进展。包括PEMFC中用纯H2作燃料时,阴极催化剂的Pt-Cr;用重整产品作燃料时,阳极能耐CO毒化的催化剂Pt-Ru和Pt-Ru/WOχ。DMFC中,阳极促进甲醇电氧化的PtRu、PtRuOs、PtRuNi和四氨络铂与喹啉基双胺络钴的混合物,阴极的碳载Pt和Co/Fe-卟啉。涉及到双功能机理,中间体机理,甲醇在PtRu阳极内的电氧化过程和Co/Fe-卟啉纳米结构对O2还原的边上电催化机理。用Ni作阳极电催化剂的直接2-丙醇燃料电池有希望作为汽车应用的新能源。     

V形截面DMFC的设计、制作及测试

为了克服目前管状结构直接甲醇燃料电池(DMFC)成型困难的问题,提出了一种新型结构的膜电极组件(MEA)——V形截面MEA(V-MEA)。确定了V-MEA的结构参数,V-MEA具体由阳极钛网、阳极催化剂层、Nafion膜、阴极催化剂层、阴极扩散层和阴极钛网六层组成。完成了V形截面DMFC(V-DMFC)结构的设计,V-DMFC由底座、V-MEA、密封元件、燃料舱箱体、盖板和塞子等组成。使用自己设计和加工的模具制备了V-MEA,与自己设计和加工的壳体一起组装了V-DMFC样机,并研究了其性能,以1 mol/L甲醇+0.5 mol/L硫酸作为阳极电解液,在高温通入0.1 MPa的100 m L/min氧气条件下,V-DMFC样机最高比功率达到9.50 m W/cm2。     

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.     

高浓度甲醇可控汽化传输对DMFC性能的影响

被动式直接甲醇燃料电池(DMFC)要突出高比能的优势必须首先解决高浓度甲醇进料问题。近年来,基于渗透蒸发膜(PVF)的高浓度甲醇进料技术备受关注,但PVF的作用机制和甲醇蒸汽浓度与电池性能之间的关系尚不明确。通过建立的渗透蒸发装置-气相色谱-电池测试系统联用测试方法,实现了甲醇蒸汽浓度的在线监测和可控调节,研究了PVF活化处理时间、温度、液体甲醇浓度及载气流量对产生的甲醇蒸汽浓度的影响,研究了甲醇蒸汽流量、浓度、水汽含量与DMFC性能之间的关系。结果发现:当总流速50 mL/min、甲醇蒸汽浓度4.35×10~(-3)mol/L、水蒸气含量12.22%时,DMFC性能最佳,其最大功率密度可达32.8 mW/cm~2;在室温下40 mA/cm~2恒流放电128 h后电压仍维持在约310 mV,良好的稳定性为被动式DMFC的可靠运行奠定了基础。     

直接甲醇燃料电池性能衰减分析

从物料性质变化的角度,优化直接甲醇燃料电池(DMFC)稳定性运行的放电电流密度,探讨性能衰减的机理。DMFC在55℃下稳定运行的过程中,以保持较低的氢离子和燃料体积损失为标准,100 mA/cm2为最佳放电电流密度;性能衰减的主要因素为阳极氢离子的流失。     

基于改进BP神经网络的甲醇浓度间接测量方法

提出了一种直接甲醇燃料电池电堆中甲醇浓度的间接测量方法。该方法基于直接甲醇燃料电池(DMFC)电堆中单电池所表现出的电化学特性,根据电堆运行时的电流、电压和温度值,采用改进BP神经网络,实时计算出电堆中的甲醇浓度,在无需安装甲醇浓度传感器的条件下,实现了DMFC电堆中甲醇浓度的间接测量。实验结果表明该方法的相对误差精度范围为[0,1.96%],可用于微小型直接甲醇燃料电池阳极进料浓度的实时控制。     

无浓度传感器控制直接甲醇燃料电池启动方法

甲醇浓度的动态调控对直接甲醇燃料电池(DMFC)的顺利启动和稳定高效运行至关重要。基于DMFC输出信号(电压/电流)与甲醇浓度的单峰关系提出一种无浓度传感器控制DMFC启动的方法。该方法控制DMFC电堆恒流或恒压放电,使用温度补偿后的电压或电流反馈,使电堆在较高的浓度下运行,快速升温。启动后期,引入第二阶段使浓度快速恢复。结果表明,在两种放电模式以及低初始浓度下,该方法均可使DMFC电堆在13 min内启动。     

燃料电池不锈钢双极板CrC薄膜表面改性研究

采用离子镀技术在质子交换膜燃料电池(PEMFC)用不锈钢双极板表面沉积了不同厚度的Cr C薄膜。测试结果显示,随着薄膜厚度增加:镀膜样品表面粗糙度降低使其接触电阻降低。同时,镀膜样品的耐蚀性能和耐久性提高,在模拟腐蚀环境中的腐蚀电流密度分别降低了1个数量级(阴极)和0.5个数量级(阳极);镀膜样品在腐蚀测试过程中溶解生成的铁离子数量减少,厚度较大的薄膜可以更有效地保护不锈钢基体免受腐蚀。     

质子交换膜燃料电池不锈钢双极板镀层研究

为了改善电镀表面存在针孔不利于防腐蚀的状况,通过复合镀层工艺,在304L不锈钢表面上直接镀银作为底层,然后再电镀或溅射一层薄金层,从而起到覆盖针孔达到致密化作用.经过上述表面改性后的不锈钢双极板表面复合镀层界面导电性能良好:在燃料电池电堆的组装力下,测得其与Toray060碳纸的接触电阻为2.7～5 mΩ·cm2.耐腐蚀性能测试表明,相对于未处理的304L不锈钢机体上有了显著提高:在0.05 mol/L H2SO4+5×10-6mol/L HF的模拟燃料电池腐蚀溶液中,镀银-镀金复合镀层和镀银-溅射金复合层不锈钢较未处理不锈钢其腐蚀电位分别提高了0.45 V和0.49 V,腐蚀电流密度下降1～2个数量级,维持在10-7 ～ 10-75 mA/cm2.     

直接甲醇燃料电池膜电极电化学性能影响因素

研究了温度、Nafion膜类型、甲醇浓度和甲醇流量对直接甲醇燃料电池 (DMFC)膜电极 (MEA )电化学性能的影响。甲醇流量的改变几乎不影响膜电极性能 ,而温度、Nafion膜类型和甲醇浓度对膜电极电化学性能有明显影响。在阴极为常压空气的条件下 ,本实验得到的MEA的最佳运行参数为 :t=60℃ ,聚合物电解质为Nafion 117膜 ,甲醇浓度为 1mol/L ,甲醇流量为 1ml/min或 6ml/min。     

直接甲醇燃料电池阻醇膜电极的研究

采用化学镀方法成功制备了Pd/Nafion复合膜.用极限电流、循环伏安和阳极极化等方法对低温、高浓度进料条件下Pd/Nafion复合膜直接甲醇燃料电池(DMFC)进行研究.结果表明,Pd膜对甲醇电氧化无明显催化作用;在高浓度时抑制甲醇渗透效果明显,30 ℃时,5 mol/L甲醇的渗透极限电流密度从267 mA/cm2降低为170 mA/cm2;低温时,甲醇氧化表观反应级数不为0.     

双电解质铝空气微流体燃料电池

以甲醇为溶剂制备氢氧化钾/甲醇溶液作铝阳极电解液、以水为溶剂制备氢氧化钾溶液为空气阴极电解液,制得一种双电解质铝空气微流体燃料电池。1 000μL/min下,阳极电解液含水量20%时电池短路电流密度为270 mA/cm~2,最大功率密度90 mW/cm~2,铝自腐蚀率仅为在氢氧化钾水溶液中的10.5%。总的来说,含氢氧化钾/甲醇溶液的双电解质铝空气微流体燃料电池应用到小型电子设备中是具有吸引力的。     

DMFC性能稳定性改善措施的探索

从物料性质变化的角度,结合交流阻抗谱和极化曲线,提出缓解直接甲醇燃料电池(DMFC)性能衰减的措施。采用阳极氢离子置换、建立无金属质阳极供料通道和更换甲醇储液瓶等措施,减缓电池性能衰减,机理是补充氢离子,使电池内离子的载流子浓度提高,解决电池内阻增大带来的性能衰减;同时,氢离子的浓度的提高,可向阴极提供更高浓度的反应物氢离子,进一步降低电池的性能衰减;更换无金属质的阳极供料通道,避免"阳离子效应";消除阳极副产物对甲醇电催化氧化的抑制作用。改善后,DMFC在稳定性运行中,功率密度衰减速度减小为初始状态的50%。     

直接乙醇燃料电池的研究现状及前景

以纯氢为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)已日趋成熟,直接甲醇燃料电池(DMFC)的研究比较活跃,鉴于氢存储较难且甲醇有毒,人们试图开发采用来源丰富、毒性低、可再生的燃料如乙醇的燃料电池。综述了乙醇在Pt上氧化的电催化机理,直接乙醇燃料电池(DEFC)的阳极电催化剂,电解质膜及其改性,电池性能及其影响因素,并对分别采用纯氢、甲醇和乙醇作为燃料的PEMFC、DMFC和DEFC三种燃料电池进行了对比,阳极电催化剂和电解质膜的研究改进是今后DEFC的工作重点。     

添加剂对直接甲醇资料电池性能的影响

对直接甲醇燃料电池的研究提出了一种全新的思路 :在甲醇溶液中加入添加剂 ,通过添加剂与阳极电催化剂的协同效应 ,抑制CO对电催化剂的毒化作用 ,提高了电催化剂的催化活性 ,从而使直接甲醇燃料电池性能有了明显的提高。实验结果表明 :在CH3 OH浓度为 1mol/L ,流量为 6mL/min、空气压力为 0 .0 5MPa、温度低于 60℃的条件下 ,添加剂浓度为 0 .1mol/L时效果最佳。该添加剂特别适用于低温 (低于 60℃ )直接甲醇燃料电池