膜电极热压条件对直接甲醇燃料电池性能影响的研究

该研究以Nafion 115为质子交换膜,利用热压法制备膜电极（MEA）,对直接甲醇燃料电池进行了性能测试。实验结果表明,不同的热压温度及压力下制备的膜电极在单电池性能测试中表现出不同的极化曲线性能,优化膜电极制备温度及压力可有效地改善直接甲醇燃料电池的性能。     

Pt含量对燃料电池膜电极组件结构及性能的影响

本文基于Catalyst Coated Membrane（CCM）技术,采用70%Pt/C催化剂制备质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心部件膜电极组件（Membrane electrolyte assembly,MEA）。考察了电池的放电性能,并利用循环伏安（CV）、电化学阻抗谱（EIS）、扫描电镜（SEM）等技术对电池的电化学性能进行了表征。研究表明采用质量分数为70%的Pt/C催化剂与Nafion的最佳质量比例为6：1,MEAΩ在600mA/cm~2电流密度下,电压能达到0.69V,催化层的厚度显著降低,性能也明显优于40%Pt/C催化剂制备的MEA。     

纳米复合Li2SO4质子传导膜H2S中温燃料电池

开发了一种制备纳米复合Li_2SO_4质子传导电解质和膜电极组装(MEA)的工艺.与传统的丝网涂布工艺不同,新的制备工艺是将阳极、阴极催化剂与纳米复合电解质同时一次压制成MEA.这就使得MEA的设计具有某些结构上的特点,由于膜厚减少和电极与电解质之间的接触良好,可以降低电解质与电极之间的欧姆电阻,提高其机械和导电性能,增加膜的质子传导性以及改善电池的性能.用电子扫描电镜(SEM)和电化学阻抗分析技术对电解质薄膜进行了表征,结果表明,纳米复合材料改善了MEA的总体性能.由于膜的致密性和不透气性,不会发生气体穿透过膜的现象.MEA在H_2S环境中很稳定.电池结构为H_2S,(MoS_2/NiS Ag 电解质量 淀粉) /Li_2SO_4 Al_2O_3/(NiO Ag 电解质量 淀粉),空气、MEA厚为0.8mm、电解质组成为65% Li_2SO_4 35% Al_2O_3的单电池在680℃时产生最大功率密度为130mW/cm~2,相应的电流密度为200mW/cm~2.     

基于钛网基膜电极组件的被动式直接甲醇燃料电池

基于钛网基膜电极组件（membrane electrode assembly,MEA）设计并制作被动式直接甲醇燃料电池（directmethanol fuel cell,DMFC）．钛网基MEA以钛金属网作为电极支撑体基底材料,Nafionll7作为质子交换膜．PtRU／XC-72R作为阳极催化剂,Pt／XC-72R作为阴极催化剂．被动式DMFC壳体采用有机玻璃材料制作．密封元件采用硅胶片制作．紧固件选用标准件．在室温空气自呼吸条件下,选取不同甲醇浓度的电解液．测试了基于钛网基MEA的被动式DMFC极化性能．结果表明：当电解液中甲醇浓度从0．5mol／L经过1．0mol／L增大到1．5mol／L时．基于钛网基MEA的被动式DMFC的功率密度峰值呈现先增大、后减小的规律;当甲醇浓度为1．0mol／L。电池功率密度峰值为3．91mW/cm2．     

室温固态电解质催化氧传感技术的研究

利用混合压膜法制作了催化电极。并采用Ｎａｆｉｏｎ膜作为质子导体，氢气为参比气体，研制了室温固态电解质氧传感器。考察了Ｎａｆｉｏｎ膜水含量、电极中Ｔｅｆｌｏｎ含量、温度、催化材料对应答的影响。得出了较佳电池工艺参数，并进一步进行了阴极极化研究，求取了氧阴极还原动力学参数。     

质子交换膜燃料电池性能及催化剂表征

设计并组装了燃料电池寿命测试系统，对单个质子交换膜燃料电池(单电池)进行了各种寿命测试．在单电池运行过程中记录电池的工作曲线及性能曲线．了解电池的性能变化及运行状况．通过XRD、TEM和SEM等手段对运行时间为200，500，700，l000和2000的三合一膜电极(MEA)中的阴、阳极催化剂分别进行了表征，获得催化剂晶态、表面形态及颗粒大小等变化信息．考察催化剂晶胞参数、颗粒大小等变化对电池寿命及性能的影响．     

硫氮氧杂大环汞修饰电极的研究

利用合成的新型硫氮氧杂大环化合物为载体制备了ＰＶＣ膜汞（Ⅱ）修饰电极．该电极对汞（Ⅱ）的线性响应范围为８×１０－６～６×１０－３ｍｏｌ·ｌ－１，对大多数金属离子的选择性系数小于１×１０－３．还研究了修饰电极的各种性能，讨论了修饰电极的响应机理，并将修饰电极应用于直接电位法和电位滴定法的测定中．     

直接甲醇燃料电池的单电池实验测试及性能优化

以新型阻醇材料Na2Ti3O7/Nafion复合膜为质子交换膜,利用热压法制备膜电极(MEA),对直接甲醇单电池进行测试.考察了电池温度、阴极加湿温度、甲醇浓度、甲醇流速和空气流速5个参数对直接甲醇燃料电池极化曲线性能的影响.实验结果表明,电池温度对电池性能的影响较为明显,提高电池温度有利于得到较好的电池性能.甲醇浓度对电池性能影响也比较明显,较低甲醇浓度有利于提高电池性能.甲醇流速和空气流速对电池性能的影响较小,阴极加湿温度对电池性能几乎没有影响.通过分析优化,该直接甲醇燃料电池的电池性能最佳工作条件是在80℃情况下,低电流密度工作区采用较低浓度甲醇溶液,高电流密度工作区采用高浓度甲醇溶液.     

质子交换膜燃料电池关键技术的研发进展

质子交换膜燃料电池具有启动速度快、能量密度高及清洁环保等优点，可广泛应用于燃料电池汽车、固定式电站和移动型电源等领域。本文简要介绍了质子交换膜燃料电池的工作原理，综述了PEMFC的发展简史及研究进展。探讨了PEMFC的应用情况。从催化剂和电解质等关键材料，膜电极的性能，燃料的安全性与实用性，以及电池的寿命等方面详细分析了PEMFC的主要技术问题，并进一步展望了PEMFC的发展前景。     

铝酸根阴离子选择性电极的研究

以三辛基十二烷基碘化铵为活性物质，分别以聚氟乙烯（ＰＶＣ）和壳聚糖（ＣＳ）为聚合物支持体，制备了两种铝酸根阴离子选择性膜电极，并研究了它们的基本性能，结果表明，两种膜电极均对铝酸根离子有较好的响应，而ＣＳ膜电极的耐碱性和耐热性优于ＰＶＣ膜电极。     

质子交换膜燃料电池膜电极再发电性能的研究

对质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极(MEA)的二次发电性能进行了研究.由单电池的电性能测试表明,二次使用时MEA的开路电压下降5.0%,最大电流密度和最大功率均降低约50.0%.SEM的测试结果显示,二次使用的MEA的表面有催化层脱落现象,减少了电极的活性反应区域,降低了其发电性能.     

Experimental measurement of proton conductivity and electronic conductivity of membrane electrode assembly for proton exchange membrane fuel cells

Charge transport processes involving the proton migration and electron transfer for different parts of membrane electrode assemble (MEA) play an essential role for developing the novel electrode and enhancing the electrochemical performance towards proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). However, the coupled charge transport processes make it difficult for evaluating proton conductivity and electronic conductivity of different parts in MEAs under operation conditions of fuel cells. Here in this work, we propose an experiment approach for separating the electronic conductivity and proton conductivity of different components of MEA at the operating conditions of PEMFCs. This approach involves two different measuring devices, which both consist of electron or proton conducting layers, sealing layers and sample layer, followed by tailoring the thickness of sample layers and via electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to quantity the electronic conductivity and proton conductivity of different layers. These experiment results show the great potential in the development of different components of MEA.     

SPE复合膜电极上氧还原反应研究

比较了分别由混合压膜和浸渍-还原(I-R)两种方法制得的SPE复合膜电极的电极性能。通过测定电压-电流密度曲线等方法,研究了SPE复合膜电极(I-R)的电极特性和氧还原动力学参数,重点探讨了气体压力和操作温度对电极性能的影响。     

质子交换膜燃料电池膜电极的关键技术

 膜电极是多相物质传输和电化学反应场所,决定着燃料电池的性能、寿命及成本。本文分析膜电极当前技术现状与商业化目标,梳理膜电极分类及经过梯度化膜电极向有序化膜电极发展的技术脉络,介绍近年来超低Pt载量的第三代膜电极-有序化膜电极的新进展,比较各种有序化膜电极制备方法的优缺点。目前有序化膜电极在铂族元素总载量为0.118 mg/cm²下取得的最好性能为861 mW/cm²@0.692 V,0.137 g/kW,成本降至5美元/kW,Q/ΔT值从2013年的1.9下降到1.45。从降低Pt用量及简化燃料电池发电系统、降低系统成本的角度看,自增湿有序化膜电极是未来膜电极开发的重要方向。     

1 kW自呼吸PEMFC堆控制因素试验

自呼吸质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极侧湿度和温度耦合严重,且空气流量对湿度和温度影响不同,从而使得对电池输出电压的控制变得复杂.以氢气压力和提供阴极空气流量的风扇转速为影响因素,对相应的工作点集进行了正交试验研究.分析结果表明,风扇转速高于极值电压转速时,空气会带走更多的水分,从而使得质子交换膜逐渐干燥,阻抗增大,电池性能衰减;风扇转速低于极值电压转速时,空气流量带走的热量减少,使得阴极表面温度升高,阴极端相对湿度迅速减低,从而导致质子交换膜迅速干燥,电池性能衰减迅速.因此,每个工作点存在一个使电池电压最高的风扇转速值.     

质子交换膜燃料电池阳极钝化现象研究

在组装的单体质子交换膜氢氧燃料电池系统上，用线性电位扫描法研究了不同电池温度和湿度下的阳极极化行为．发现发生钝化的输出槽压约为0．6V，输出功率在最大值附近时，阳极产生钝化现象．钝化的起因是阳极铂催化剂氧化形成铂氧化物的结果．提高电池的工作温度和湿度，都加速了燃料电池阳极的钝化．     

一种改进的质子交换膜燃料电池系统动态模型

在已有的质子交换膜燃料电池系统模型基础上添加气体扩散层模型和膜电极组件动态模型,研究膜中水含量的动态特性.仿真结果表明,系统动态模型改进之后其输出性能与实验值误差较小,能够反映外部操作条件变化对电池内部电化学反应和物料传递过程的影响,膜中水含量和输出性能的动态响应过程更加接近实际情况,相关信息可用于间接控制膜中水含量和优化系统.     

碱性燃料电池型反应器中过氧化氢的合成

以片状Nafion膜作为固体电解质, Teflon乳液作为粘结剂,制备了分别以石墨和钯黑为活性材料的气体扩散电极,探讨了氧气进行电催化还原反应制备过氧化氢的过程,并分析了不同的电极组成、氧气压力以及电解电压对电解效果的影响,从而确定了较佳的电解条件.     

操作参数耦合对质子交换膜燃料电池性能影响的模拟研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)不受卡诺循环限制,能量转换效率高,被认为是最有潜力的绿色能源转换装置之一。为了最大程度地发挥燃料电池运行时的潜能,对操作参数控制的优化和研究变得至关重要。使用ANSYS/FLUENT建立了一个采用多平行蛇形流道的三维质子交换膜单体模型,开展不同操作压力(101.325、202.65、303.975 kPa)、进口温度(300、330 K)和散热率[5、40、60 W/(m~2·K)]下的性能变化模拟计算,分析不同操作参数及各参数耦合对燃料电池性能的影响。研究结果表明:各操作参数对燃料电池电流密度和温度的变化和分布情况均有显著影响;燃料电池性能在一定程度上随着散热率、操作压力及其进口温度的增加而升高,随工作电压的增加而下降;当工作电压为0.9 V时,电压对燃料电池性能的影响占据支配地位;当电压为0.5 V、散热率为60 W/(m~2·K)、操作压力为303.975 kPa时,电流密度最大,达到0.81 A/m~2。