燃料电池用交联型碱性膜的制备及表征

通过同时引入疏水性长脂肪链和亲水性溴乙醇(BE)以便在侧链中对聚4-乙烯基吡啶(P4VP)进行季铵化和交联反应,成功制备了一系列梳形阴离子交换膜,并且研究了当溴代十二烷(BA)含量变化时,膜的吸水率、离子交换容量、碱稳定性、力学性能和电导率等的变化。结果表明,当BA含量增加时,吸水率、溶胀度有所降低,电导率增加,而离子交换容量基本不变。其中,BE25.0%-BA75.0%/P4VP膜的吸水率为11.8%,室温下电导率为34 mS·cm-1。这些膜的热稳定性良好,主要表现在它们的热分解温度高于200℃;BE25.0%-BA75.0%/P4VP膜的拉伸强度最大(15.9 MPa),断裂伸长率最小(5.9%),表明其具有良好的机械性能。     

质子交换膜燃料电池电化学阻抗谱弛豫时间分布研究

电化学阻抗谱技术能够获取燃料电池不同频率阻抗，但对阻抗的构成缺乏进一步解析，难以直接构建精准的等效电路模型进行阻抗拟合分析，而弛豫时间分布（Distribution of relaxation time，DRT）方法不需要定义特定的等效电路模型，即可解析燃料电池不同时间常数的极化过程。针对实验室用质子交换膜燃料电池，在不同运行条件下对其进行阻抗谱测量，并通过Kramers-Kronig关系验证所记录阻抗数据的质量。基于DRT分析方法，系统地解释阻抗谱中各频段阻抗对应的物理或化学意义。研究表明，该电池的电化学阻抗谱主要由3个不同时间常数频段的极化阻抗构成，通过与运行条件相关性的系统分析，确定低频段阻抗为氧气在多孔介质中的传输阻碍，中频段阻抗为与氧还原反应有关的电荷传递阻碍，中高频段阻抗为阴极催化剂层中的质子传输阻碍。为进一步确定DRT分析结果的合理性，采用等效电路模型拟合测量的阻抗数据，辨识的电阻元件参数变化趋势与DRT分析结果一致。     

多孔金属流场双极板研究进展

多孔金属是一种兼具结构与功能的材料,得益于其低密度、高孔隙率、可控渗透性的优点,在许多领域都有广泛应用。本文综述了多孔金属在质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)双极板流场中的研究进展,相较于传统流道流场,高开孔率(>70%)的多孔金属具有相互连通的三维立体结构,可以增加气体分布均匀性、并加强气体传质、增强电子和热的传导及水的排出,从而对电池性能有较大提升。同时探讨多孔金属参数、流场结构设计、服役参数目和多孔材料本身对多孔金属流场在PEMFC应用中的影响。目前阻碍多孔金属在PEMFC应用的最大问题是腐蚀,且多孔金属内部结构复杂对涂层制备工艺提出更大挑战,因此如何有效解决多孔金属在PEMFC两极环境中的腐蚀问题,对推进多孔金属在燃料电池领域中的应用意义重大。     

基于镧锶锰氧化物基阴极的中温固体氧化物燃料电池的性能优化研究

为了提高基于镧锶锰氧化物(LaxSr1-xMnO3,LSM)阴极的中温固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的电化学性能,文章利用CuO清扫Ce0.85Sm0.15O2-δ(SDC)晶界的SiO2杂质以提高SDC的离子电导率,制备了复合电解质材料SDC-CuO,并将SDC-CuO和LSM结合成复合阴极材料,随后分别制备了以LSM和LSM/SDC-CuO作为阴极的SOFC,并研究了这两种SOFC的电化学性能。研究结果表明:在开路电压和工作温度为800℃的条件下,LSM/SDC-CuO基阴极的SOFC的极化电阻为0.14Ω·cm2,明显低于LSM基阴极SOFC的极化电阻(0.36Ω·cm2);LSM/SDC-CuO基阴极的SOFC的最大输出功率密度为237 mW/cm2,显著高于LSM基阴极的SOFC的最大输出功率密度(132 mW/cm2)。     

多孔纳米碳纤维作为质子交换膜燃料电池微孔层的性能

质子交换膜燃料电池膜电极中的微孔层结构对改善体系的水管理能力，提升膜电极的整体性能发挥重要作用。本文通过静电纺丝和后续热处理的方法制备了多孔纳米碳纤维（PCNF），并以此构建膜电极的微孔层。与炭黑颗粒作为微孔层呈现出紧密堆积结构不同，由PCNF搭建的微孔层结构疏松呈现三维贯通状。膜电极的发电测试表明，以多孔纳米碳纤维作为微孔层（MPL-PCNF）的膜电极其最大功率密度达70.0mW/cm²，远高于炭黑颗粒为微孔层（MPL-CB）的膜电极（58.1mW/cm²），而没有微孔层（Ref）结构的膜电极最大功率密度仅为27.7mW/cm²，显示出PCNF作为微孔层材料的明显优势。     

煤气化燃料电池发电技术研究进展

煤气化燃料电池发电（IGFC）技术是一种清洁高效的绿色煤电技术，可以与CO2捕集技 术相结合实现高效率的CO2捕集，并为后续的碳利用与封存提供基础。本文介绍了IGFC技术的研究进展:首先对IGFC系统的整体流程进行说明，其中包括煤气化、粗煤气净化、燃料电池发电、尾气燃烧与余热回收发电等单元的具体流程及主要技术；然后综述了煤气化与煤气净化单元、燃料电池发电单元及IGFC整体流程的模拟研究进展；并对日本、美国和我国的IGFC技术研发与示范情况与目标进行了说明；最后总结了IGFC技术研发亟需解决的关键问题，其中主要包括大功率燃料电池的长周期运行、粗煤气中温干法净化和尾气纯氧催化燃烧技术开发等技术存在问题，可为后续兆瓦级IGFC系统的开发与示范提供指导。     

燃料电池在未来煤炭工业的地位

论述了煤炭的基础性能源地位和洁净煤的现有发电技术，并介绍了燃料电池在煤炭行业多联产系统的进展.认为燃料电池的先导作用是推动洁净煤技术和多联产系统目标实现的核心技术，未来将会在煤炭行业得到大力应用并逐渐体现出主导性优势.