Nafion膜厚度对质子交换膜燃料电池性能的影响

采用不同厚度Nafion膜 (Nafion 117,115 ,1135 ,112和 10 1)组装质子交换膜燃料电池 (PEMFC) ,通过测试电池极化曲线 (U/I) ,研究Nafion膜厚度对PEMFC工作性能、氧气还原反应的电极动力学参数和电池内阻的影响 ,通过线性回归分析不同厚度Nafion膜组装PEMFC的内阻计算了Nafion膜材料的电导率。实验结果表明 :( 1)降低电解质膜的厚度将会降低电池的内阻 ,从而有利于提高PEMFC的工作性能 ;( 2 )随着膜厚度的降低 ,U0 值有降低的趋势 ,Tafel斜率b值变化不明显 ;( 3)厚膜组装电池的极化曲线在低电流密度时就偏离了线性 ,其主要原因是质子传质极化引起的 ;( 4 ) 80℃时Nafion膜材料的电导率约为 0 .0 77Ω-1·cm-1。     

燃料电池用质子交换膜研究进展

简要介绍了用于质子交换膜燃料电池的质子交换膜的工作原理和性能特点 ;对现有质子交换膜的结构和性能进行了分析和比较 ;阐明了针对作为质子交换膜燃料电池重要组成部分的质子交换膜进行深入研究和开发 ,将推进质子交换膜燃料电池技术的商业化进程。     

质子交换膜燃料电池研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因无电解质腐蚀问题,能量转换效率高,可室温快速启动,在电动车、便携式电子设备、固定电站和军用特种电源等方面都有广阔的应用前景。研究了质子交换膜燃料电池实用化的技术及机理,对其结构缺陷进行了分析,认为开拓新的催化剂体系,合成出活性更高、稳定性更好的催化剂对于燃料电池来说意义重大。     

质子交换膜燃料电池CCM膜电极

采用喷涂工艺制备了三合一(CCM,Catalyst Coated Membrane)型质子交换膜燃料电池膜电极,研究了分散剂、催化剂、质子交换膜对膜电极性能的影响.结果表明:CCM型膜电极的放电性能好于传统热压方法制备的膜电极;乙醇、异丙醇和乙二醇等水溶液分散剂对CCM膜电极中低电流密度区放电性能影响不大,而在高电流的浓差极化控制区乙二醇最佳,而乙醇最差;优化催化剂的Pt担量和阴极催化剂的用量能够显著提高膜电极的性能,而通过减小质子交换膜的厚度,降低膜的面电阻可以进一步提高膜电极的放电性能.     

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％。     

金属离子对质子交换膜燃料电池性能的影响

研究了金属离子对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响.通过将质子交换膜、电极催化层、扩散层(GDL)在模拟电池生成水的离子溶液(Ca2 、Mg2 、Na )中浸泡不同的时间,考察了Nafion NRE-212膜和催化层中氢离子含量、扩散层的接触角,并通过组装电池比较了处理不同时间的膜、催化层压制成电极后的膜电极性能.结合循环伏安技术分析了金属离子对电极催化层的影晌.实验结果表明随着浸泡时间的增加,膜中和催化层中氢离子的浓度都逐渐下降,当膜中H 浓度降为原来的20%以下时,电池几乎不能放电;而催化层中下降为原来的27%时,电极性能却下降不大.说明在相同浓度的金属离子溶液中,催化层中氢离子受金属离子污染程度比膜受污染程度小.     

质子交换膜燃料电池研究进展

介绍了目前世界上主要燃料电池的特性;概述了质子交换膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）在潜艇、汽车、飞船等领域的应用前景;综述了ＰＥＭＦＣ的主要基础研究进展;提出了ＰＥＭＦＣ双网络膜电极概念,其催化层由具有高气体扩散率的薄层Ｎａｆｉｏｎ被覆Ｐｔ／Ｃ催化剂网络和具有高质子电导率的厚层Ｎａｆｉｏｎ被覆碳黑电解质网络互联套构而成。     

可逆质子交换膜燃料电池研究进展

可逆质子交换膜燃料电池(RPEMFC)是一种在同一装置上实现水电解(充电)和燃料电池发电(放电)两种功能的储能电池。随着PEMFC技术的迅速发展,RPEMFC开始引起人们更多关注。介绍了它的工作原理,对电催化、膜电极(MEA)制作、电池性能以及应用等方面的研究进展进行评述。双效氧电极(氧还原和氧气析出)是RPEMFC的技术关键,但其电催化剂的双效高活性功能以及稳定性还没有得到很好解决。由于它的理论比能量高(可达3 600 Wh/kg),可靠性好,并且寿命长,因此RPEMFC在许多蓄电池的应用领域,特别是对质量有严格限制的场合(如航天飞机和太阳能飞机等),将得到广泛应用。     

阴极液态水对质子交换膜燃料电池性能的影响

模拟了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的膜中水传递、反应气体传质和电化学反应过程,研究了液态水对阴极氧气传输阻力和燃料电池电化学性能的影响。计算结果表明,催化层,尤其是催化层中气相和电解质相界面是影响氧气传质阻力的重要因素。液态水膜会由于氧气极低的溶解度而显著增加氧气传质阻力,降低燃料电池的电化学性能,并且,其影响会随水膜厚度和对孔隙覆盖度的增加而明显增强。     

流场尺寸对质子交换膜燃料电池性能的影响

流场的形状和尺寸是设计双极板的核心。合理的流场既要确保电极各处均能获得充足的反应剂供应,同时又要保证反应产物水的排出。研究了不同流场尺寸对质子交换膜燃料电池性能的影响。实验结果表明:在一定范围内,随着开孔率的增加,电极与流场本相及接触电阻也逐渐增加;开孔率相近时,这一电阻相差不大。在相同开孔率的情况下,沟槽尺寸越小,电池性能越好。     

扩散层各向异性对质子交换膜燃料电池影响的研究

建立了一个三维多相流传热传质模型,深入研究扩散层传输参数的各向异性对温度、液态水含量以及电池性能的影响。研究结果表明当模型中考虑导电系数的各向异性时,电池的电流密度在电压为0.7 V时会下降一半,只有0.37A/cm2。而导热系数和渗透率的各向异性对电池性能的影响不是很大,但是其对相同情况下电流密度的分布情况却有很大的影响。对于GDL中液态水的分布情况而言,各向异性的导电系数由于降低了电化学反应的速率而使得在脊部下方的GDL处液态水的含量最少。而各向异性的渗透率导致了在垂直平面方向,液态水很难排出到流道中,各向异性的导热系数对液态水的分布几乎没有任何影响,但是其使得电池内部的温度分布更加均匀。     

质子交换膜燃料电池电极用气体扩散层材料

通过分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)电极用气体扩散层的功能特点及性能要求,对几种常用于PEMFC电极中的气体扩散层材料,如碳纤维纸、碳纤维编织布、非织造布及炭黑纸等进行了评述,介绍了它们的基底制作工艺及后处理工艺,同时对几种典型的憎水处理方法作了简要的说明。针对各种气体扩散层材料存在的缺陷,指出研究开发具有高性能的气体扩散层材料将有利于改善PEMFC电极的综合性能。     

质子交换膜燃料电池膜电极组件研究

膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池的核心部件。系统地研究了MEA的组成和结构对其性能的影响。研究提出:催化层中掺杂Nafion聚合物的亲水电极比传统的催化层中掺杂PTFE的疏水电极性能有了较大的提高;不同种类质子交换膜对MEA的性能影响很大,Nafion112和Dow膜是目前比较适宜的质子交换膜;采用石墨类碳纸的电极性能高于采用碳纤维类碳纸的电极;电极催化层中Nafion聚合物的最佳含量比为30%左右。根据氢电极和氧电极反应难度的不同,提出为了减少催化剂的用量同时不显著影响电池的性能,氢电极的铂载量应该低于电极的观点,并通过了实验验证。     

一种考虑催化层结构参数的PEMFC气相模型

质子交换膜燃料电池的结构设计对燃料电池车的开发具有重要意义。目前的电池模型通常把催化层简化成一层薄膜,作为边界条件使用,无法分析催化层结构对电池性能的影响。建立了考虑催化层结构参数的一维气相模型,通过有限元法研究电池内部的流场和电场分布。仿真结果和实验符合良好。分析指出扩散层的孔隙率对电池性能影响较大,应高于0.3,催化层的孔隙率对电池性能影响较小。在催化剂载量不变的情况下,催化层厚度应为10~20 mm。     

炭纸表面原位生长碳纳米纤维作气体扩散层

采用化学气相沉积(CVD)法在炭纸上原位生长碳纳米纤维(CNF)成功制备了燃料电池用碳纳米纤维基气体扩散层(CNF/GDL)。通过调变CNF生长时间(从10 min到40 min)获得了一系列结构、形貌不同的碳纳米纤维层。为了研究CNF层结构、形貌对碳纳米纤维基气体扩散层性能的影响,对样品的物理性能(表面形貌、接触角、导电性、透气性)和电池性能进行了表征。物理性能测试结果表明:随着CNF生长时间的延长,气体扩散层的疏水性提升,电子传导能力先提升后下降。单电池测试结果显示:在低、中电流密度区域(i1 700 m A/cm2),采用CNF生长时间为20 min的气体扩散层制备的电池表现出更优异的电池性能;在高电流密度区域(i1 700 m A/cm2),采用CNF生长时间为10 min的气体扩散层制备的电池性能更好。     

电极组分对质子交换膜燃料电池性能的影响

在疏水碳纸中加入聚四氟乙烯(PTFE)并增加其含量,实验表明,过多的PTFE的加入,降低了碳纸的电导率,阻塞了气体电极的孔隙,导致电池性能下降,20% PTFE的含量较为合适;在催化层中添加造孔剂,增大了空气中氧气和电极的接触面积,减小了扩散极化,提高了电池的性能,使电池在Pt载量为0.5 mg ·cm-2、常压氢气和空气的操作条件下,其功率密度达到了0.3 W·cm-2 。     

管状质子交换膜燃料电池研究现状

介绍了管状质子交换膜燃料电池的研究现状,总结了目前管状燃料电池的制备工艺和性能,并对管状质子交换膜燃料电池存在的问题进行了分析,展望了其应用前景。