质子交换膜燃料电池的研究与开发

质了交换膜燃料电池属高效、低污染的供电电源、作为供电站和汽车运输的动力源看,其前景看好。本语文介绍燃料电池的工作原理、性能以及在降低三个主要组件成本等方面的研究进展 。     

化学镀铂法制备质子交换膜燃料电池膜电极

用化学镀铂法制备质子交换膜燃料电池膜电极,提出了膜电极的微观结构模型及膜电极的化学铂机理。通过考察镀铂工艺对膜电极性能的影响,确定了化学镀铂法制备肛电极的最佳工艺条件：在Ｎａｆｉｏｎ１１７膜的两无镀上一层铂,压上碳黑或碳载铂,然后用低浓度的与氯铂酸等浓度的肼溶液化学镀铂     

质子交换膜燃料电池仿真电路的设计

分析了质子交换膜燃料电池的输出特性,得到了质子交换膜燃料电池的输出特性方程.基于电力电子技术、自动控制理论设计仿真电路,使得电路的输出特性与质子交换膜燃料电池的输出特性相同,并对系统中各个子电路进行详细分析.所设计燃料电池堆的仿真电路能很好地反映其输出特性,为燃料电池的优化与控制提供帮助.     

质子交换膜燃料电池电极催化材料发展概况

质子交换膜燃料电池 (PEMFC)具有低温快速启动、比能量高、无噪音、无污染等诸多优点 ,在潜艇、航天、洁净电站、移动电源及电动汽车等各个领域具有广阔的应用前景 ,引起人们巨大关注。对PEMFC电极催化材料的发展现状作了简要概述 ,并指出为达到商业化目的 ,PEMFC关键材料、关键技术尚需作出较大突破。对于电极催化材料 ,应努力提高铂金属利用率 ,降低铂担载量 ,降低制造成本 ;应努力增强催化剂抗中毒能力 ,以达到实用化要求     

质子交换膜燃料电池双极板的研究进展

双极板作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心元件,其工作特性对PEMFC的输出功率和服役时长有很大影响。双极板所用材料主要为石墨、复合材料和金属。对比3种材料,金属双极板因材料强度高、易导电导热、易加工成形、造价低廉等优点,成为当前燃料电池双极板设计研究应用的一大主流。然而,金属双极板在酸性工作环境中极易被腐蚀,腐蚀产物氧化膜导致双极板表面的接触电阻系数大幅地增加,严重限制了燃料电池功率的输出和寿命的长短。表面涂层改性是解决金属双极板应用所面临问题的有效途径之一,涂层种类有贵金属、金属化合物和碳基涂层等。阐述了不同类型双极板的特性,总结了金属双极板表面改性涂层的种类及研究状况,并预测了金属表面处理的发展趋势。     

质子交换膜燃料电池流场设计最佳化的反问题求解方法

为寻求最佳的流道高度参数,利用由简化共轭梯度法(反向求解器)和完整的三维、两相、非等温燃料电池数学模型(正向求解器)构成的质子交换膜燃料电池多参数最佳化反问题求解方法,将流道各弯头处高度作为搜寻变量(最佳化对象),以电池输出功率密度的倒数作为目标函数,通过搜寻目标函数最小值,得到了流道各弯头处最佳高度(最优化设计参数值).结果表明,最佳的蛇型流场除出口流道为高度渐扩型外,其余流道均为高度渐缩型,其性能比传统蛇型流场提高了约11.9%.渐缩型的流道强化了肋下对流,可有效移除肋条下方多孔扩散层中的液态水,提高反应气向多孔电极的传递速率,因而改善了电池性能.渐扩型的出口流道可防止过强的肋下对流导致燃料\     

质子交换膜燃料电池双极板用不锈钢的聚苯胺涂层改性

将苯胺单体滴加到硫酸溶液中配制成电解液,采用恒电流法在304不锈钢板表面沉积聚苯胺涂层,通过动电位极化和恒电位极化分析不锈钢板的防腐性能,利用自制的导电性能测试设备分析涂层与不锈钢板的界面接触电阻,探讨聚苯胺涂层用于质子交换膜燃料电池双极板改性的可能性。结果表明,在优化工艺条件下制备的聚苯胺涂层的腐蚀电位和腐蚀电流密度分别为369 mV和0.479μA/cm2,与裸钢相比,腐蚀电位升高536 mV,腐蚀电流密度降低4个数量级。模拟质子交换膜燃料电池的实际工作环境进行恒电位极化曲线测试,分析测试后的溶液离子含量。结果表明,涂层改性不锈钢板的腐蚀电流密度比裸钢低2个数量级,具有很好的耐久性;阳极环境比阴极环境具有更强的腐蚀性。恒电位极化测试前,压力为1.4 MPa时,裸钢和涂层试样的界面接触电阻分别为97和145 mΩ·cm2,腐蚀后涂层试样的界面接触电阻比裸钢的低更多。用聚苯胺改性的不锈钢的防腐和导电性能在一定程度上都能达到目标值,在质子交换膜燃料电池双极板中具有很大的应用潜力。     

入口气组分对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程的影响

考察了Ni-Yb/γ-Al₂O₃(Ni 16%,Yb 5%,质量分数)催化剂,入口气中添加不同组分(CO₂、H₂和CH₄)对柴油低/高温水蒸气重整过程中转化率及重整率的影响,以及添加CO₂入口气对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程中后续的CO水气变换和深度去除CO过程的影响.结果表明:入口气中添加CO₂或H₂进一步提高了柴油在低温(400～500℃)水蒸气重整反应中的转化率(<95%),能够为后续的高温(550～750℃)水蒸气重整过程提供CH₄代替柴油作为重整原料,从而显著抑制了积碳.入口气中添加H₂对高温水蒸气重整有抑制作用,添加CH₄不利于提高柴油转化率.入口气中添加CO₂时,气碳摩尔比约为0.54时柴油转化率最佳,但重整产物中CO含量会增加,因而后续CO水汽变换过程的空速需降低以便保证CO去除率,添加CO₂对最后深度去除CO过程(两段选择甲烷化法)无明显影响.     

环境条件对质子交换膜燃料电池性能的影响

研究了不同环境温度、湿度条件下小功率质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆的性能。结果表明:环境温度、湿度对PEMFC堆的性能有很大影响,随着相对湿度的增加,PEMFC堆的最大输出功率显著提高;当相对湿度小于30%或者当环境温度降至10℃以下时,PEMPC堆的性能严重下降。

     

质子交换膜燃料电池流场截面设计及三维模拟

在质子交换膜燃料电池中,流场的设计对电池的性能有重大影响.基于计算流体力学软件Fluent6.3和Gambit2.2,通过比较不同流道横截面形式、调节流场通道深度等结构参数,建立了氢-空质子交换膜燃料电池3D数学模型,并进行了模拟和性能优化.模拟结果表明,燕尾形流场截面的综合性能优于其他截面形状流场的综合性能;在一定范围内,截面的深度对燃料电池的性能有较大影响.     

Graphite-polypyrrole coated 316L stainless steel as bipolar plates for proton exchange membrane fuel cells

316L stainless steel (SS 316L)is quite attractive as bipolar plates in proton exchange membrane fuel cells (PEMFC).In this study,graphite-polypyrrole was coated on SS 316L by the method of cyclic voltammetry.The surface morphology and chemical composition of the graphite-polypyrrole composite coating were investigated by scanning electron microscopy (SEM)and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).A simulated working environment of PEMFC was applied for testing the corrosion properties of graphite-polypyrrole coated SS 316L.The current densities in the simulated PEMFC anode and cathode conditions are around 3×10-9 and 9×10-5 A.cm-2,respectively.In addition,the interfacial contact resistance (ICR)was also investigated.The ICR value of graphite-polypyrrole coated SS 316L is much lower than that of bare SS 316L.Therefore,graphite-polypyrrole coated SS 316L indicates a great potential for the application in PEMFC.     

氧化石墨烯改性质子交换膜燃料电池用炭纤维纸

以天然鳞片石墨为原料,采用改进Hummer法制备氧化石墨烯,与酚醛树脂直接共混配置均匀分散溶液。将炭纤维坯体浸渍其中,采用模压固化、热处理的工艺制备氧化石墨烯改性质子交换膜燃料电池用炭纤维纸。采用TEM,XRD,AFM和FTIR等测试技术研究氧化石墨烯的形貌和结构特征,用SEM,XRD和四探针电阻仪等测试手段表征炭纸的表面形貌、石墨化度和面电阻率。结果表明:随氧化石墨烯含量增大,炭纸的石墨化度提高,面电阻率降低,抗拉强度增大。当氧化石墨烯添加量为2%时,改性后炭纸的石墨化度达到70.8%,面电阻率降为2.42 m?/cm,抗拉强度为24.01 MPa。单电池测试电压为0.6 V时,炭纸GO2的电池电流密度达到1 450 m A/cm2。     

质子交换膜燃料电池用膜增湿器仿真分析

膜增湿器为质子交换膜燃料电池水热管理系统的关键部件,本研究考虑与燃料电池工作条件的强耦合,系统地进行了膜增湿器运行参数和几何参数的敏感性仿真分析。基于Matlab/Simulink建立了膜增湿器稳态数学模型,分析了湿侧和干侧的入口质量流量、温度和压力以及膜厚度和面积对膜增湿器传热量、水分传递量、干侧出口相对湿度和水分传递率的影响。研究表明:提高入口质量流量会提高传热量,并且能有效提高水分传递量,但会使水分传递率和出口相对湿度降低;干湿两侧温度的增加可以使膜中水的扩散系数和水传递量增加,但过高的温度会显著提高水蒸气饱和压力,降低水的活度,进而降低膜含水量,不利于水的传递;压力的变化对传热的影响很小,但总压的提高会使湿侧入口含湿量下降,水分传递量下降,但水分传递率升高;较大的膜面积以及较低的膜厚度能够提高膜水分传递量和水分传递率,可以有效地提高膜增湿器和燃料电池系统水热管理性能。      

Characterization of SPEEK/Y2O3 proton exchange membrane treated with high magnetic field

The membranes of sulfonated poly(etheretherketone) of 48.3% sulfonation degree doped with Y2O3 were prepared, and then treated with parallel high magnetic field of 6 and 12 T at 120 oC for 4 h, respectively. The small-angle X-ray scattering revealed that the struc- ture of the composite membranes would be changed by high magnetic field treatment. The cross-section morphology of the composite membranes by a scanning electron microscope showed that the Y2O3 could be dispersed evenly in the composite membranes which were relatively smooth and compact but formed small conglomeration with increasing Y2O3 content and treating high magnetic field. The water uptake of membranes would be reduced with Y2O3 content increasing, but not be modified by the treatment of high magnetic field. The proton conductivity of membranes would be increased with temperature rising from 20 to 60 oC, and improved under high magnetic field, which could all exceed 10-2 S/cm at 75% relative humidity, but decrease with doping content of Y2O3 from 2 wt.% to 8 wt.%. The methanol permeability of the composite membranes would be decreased with Y2O3 content increasing and slightly reduced after high magnetic field treatment.     

阴离子交换膜在金电解中的应用

介绍了阴离子交换膜的技术性能;阴离子交换膜在金电解造液过程中的技术指标,其优于素烧坩埚金电解造液技术指标.     

低温燃料电池催化剂阳极材料的研究近况

低温燃料电池具有起燃温度低、能快速启动的优点.催化剂是低温燃料电池的关键材料,研制新型催化剂阳极材料是降低燃料电池成本,实现燃料电池产业化的关键.文章详细介绍了低温燃料电池用催化剂阳极材料的最新研究进展.     

PEM水电解用多层钛网析氧阳极制备及性能研究

以钛网为扩散层基体,氯铱酸为前驱体,采用浸渍-热解法制备了IrO₂/Ti 析氧阳极,进一步采用热压法制备膜电极.综合扫描电镜尧循环伏安尧交流阻抗尧单池性能曲线测试及阳极寿命强化测试,研究了不同层数钛网析氧阳极对性能及寿命的影响.结果表明院与单层钛网析氧阳极比较,采用双层钛网析氧阳极,积分电荷由84.27 mC/cm2 增至153.12 mC/cm2,电极电化学反应阻抗由7.38 Ω·cm2 降低至3.03 Ω·cm2,单池性能得到提升.寿命强化测试表明,采用双层钛网析氧阳极在稳定性及寿命方面有显著提升,稳定运行时间由30 h 增加到了53 h.