直通道流场PEMFC电流密度分布测定实验

大功率燃料电池研究中存在的主要问题是电池在放大过程中性能出现大幅度衰减．为提高电池和电池组性能,改善电池内部水管理,优化电极组成、电池操作参数和流场板结构,对电池内部电流密度分布进行测定很有必要．     

常规流场质子交换膜燃料电池阴极二维两相流模型

对采用常规条形流场的H₂-Air PEMFC阴极建立了二维两相流模型,控制方程耦合了电传导方程、O₂和气态H₂O的对流-扩散方程、多孔介质连续性方程以及液态H₂O输运方程.利用模型计算了阴极扩散层中O₂浓度、气态H₂O浓度、电流密度以及液态水饱和度的分布,分析了扩散层中H₂O的传递方式及各组分浓度分布的特点.     

常压氢空自增湿燃料电池用复合质子交换膜

以多孔聚四氟乙烯(PTFE)与Nafion树脂复合制备基底层,在基底层两侧喷涂含有纳米级担载型Pt-SiO2催化剂和Nafion树脂的浆料以形成功能层,所得复合膜(20μm)具有三层复合结构.在常压干态氢气、空气操作条件下,具有三层结构的复合膜(Pt-SiO2/NP)和不含有催化剂的Nation/PTFE(NP)膜的自增湿燃料电池的峰值比功率分别达0.6、0.3 W/cm2,开路电压分别为0.96、0.92 V.采用透射电子显微镜法(TEM)、扫描电子显微镜法(SEM)对膜结构以及利用热重分析(TGA)对膜含水量分别进行表征,同时对膜机械性能以及氧气渗透率进行了测试.     

空气中SO2杂质气体对PEMFC性能的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFC)通常采用空气作为氧化剂的载体,空气质量对PEMFC的性能产生一定的影响,而其中SO2是空气中的主要污染物之一.主要通过恒电流放电曲线、极化曲线、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等方法,研究了空气中含不同浓度的SO2时电池的中毒行为,并初步分析了催化剂中毒的机理,为进一步解决燃料电池环境适应性问题奠定了基础.     

聚苯胺改性钢在模拟PEMFC环境下的电化学行为

利用电化学方法沉积纳米导电聚苯胺膜对质子交换膜燃料电池(PEMFC)用薄层金属双极板改性,并对改性双极板在模拟PEMFC阳极环境下的电化学性能进行了测试.结果表明,纳米聚苯胺膜层能使1Cr18Ni9Ti不锈钢在模拟腐蚀液中的腐蚀电位由-350mV提高到250mV.在模拟阳极操作电位下,经10h恒电位极化没有观察到膜层的降解和脱落.纳米导电聚苯胺膜层能显著提高不锈钢在模拟电池环境下的耐蚀性而不影响其导电性,进一步提高导电聚合物涂层性能和评价其长期效果还需进行深入的研究.     

α-LiAlO2水合作用对MCFC隔膜性能的影响

以水为溶剂并采用水溶性粘结剂(聚乙烯醇,PVA)和α-LiAlO2粉料等制备了熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)水溶性隔膜(PVA隔膜).在制备中,α-LiAlO2粉料的水合作用生成水合物α-LiAlO2·nH2O,这与粉料粒度、水合作用温度和时间等因素有关.粉料的水合作用导致PVA隔膜的孔隙率和热失重均比PVB(聚乙烯醇缩丁醛)隔膜的高;但前者的最大孔径却比后者的小.在反应气压为0.9MPa,反应气体利用率为20%,分别在300 mA·cm-2和428.57 mA·cm-2下放电时,PVA隔膜电池输出电压分别为0.849 V和0.739 V;输出比功率分别为254.7 mW·cm-2和316.7 mW·cm-2,高于PVB隔膜电池性能.在10次启动中,电池性能表现为下降-回升-稳定的变化.这可能是PVA隔膜高温失水导致隔膜电导变化所致.     

熔融碳酸盐燃料电池隔膜及单电池寿命

采用数学模型推算了熔融碳酸盐燃料电池隔膜寿命,并进行了单电池运行稳定性试验。从电池隔膜阻气能力及离子传输能力两方面,提出以其最大阻气压力差Δp≥0.1MPa,孔隙率满足40%≤η≤70%作为其寿命指标。通过电池最大孔径测试法和隔膜模拟烧结孔隙率测试法,建立数学模型,推算出烧结时间为40000h所对应的隔膜最大孔径为0.9332μm,孔隙率为66.7%,皆小于其寿命指标值,这也说明,隔膜寿命超过40000h。单电池1000h寿命试验结果表明,以H2作燃料,电池性能稳定;以模拟煤气作燃料,电池性能快速衰减,主要由所发生的副反应引起。     

PEMFC碳载体抗腐蚀能力研究

催化剂碳载体的腐蚀会引起催化剂衰减,最终导致PEMFC电池性能下降.在三电极体系中采用动电势扫描和恒电势氧化的方法对XC72、MWNT和石墨化XC72三种碳载体的抗腐蚀能力进行了研究.实验结果表明在三种载体中,石墨化XC72具有最优的抗腐蚀能力,MWNT其次,XC72的抗腐蚀能力最差.试验分析了温度的升高对载体腐蚀的促...     

有机自由基聚合物PTMA电极的研究与制备

利用具有高电导率和高比表面积的碳黑Black Pearl-2000(BP)研制了聚(2,2,6,6-四甲基哌啶-4-甲基丙烯酸酯-1-氮氧自由基)(PTMA)电极(PTMA-BP电极),并研究了PTMA的含量和电极的厚度对PTMA-BP电极电化学性能的影响。结果表明,厚度为20μm,PTMA含量22.5%的PTMA-BP电极具有最高的比容量(151 mAh/g)和最优的循环稳定性,500次充放电循环后的容量保持率大于88%;并且倍率性能优异,以50 C放电,电极的比容量为130mAh/g。提高PTMA的含量和增加电极的厚度,均加大电极极化。因此,提高PTMA在电极中的分布均匀性,增大实际反应面积,以及制备具有较薄结构的电极是研制PTMA电极的关键。     

SO2毒化后质子交换膜燃料电池性能的恢复

研究了二氧化硫(SO2)毒化后质子交换膜燃料电池性能恢复的方法.洁净空气吹扫、维持电池开路及I-U操作均可使毒化后的电池性能得到部分恢复,1.5×10-3％ SO2毒化后电池性能分别恢复到初始性能的71％、94％及90％;循环伏安扫描和电压脉冲均可彻底清除电极上吸附的SO2,3.0× 10-3％ SO2毒化后电池性能几乎得到完全恢复.