酸化剂中H_2SO_4含量对PBI燃料电池性能的影响

目的探究高温酸化时在酸化剂中加入不同含量的H2SO4对PBI膜和高温燃料电池电极的影响.方法质子交换膜是高温质子交换膜(HT-PEM)燃料电池的核心部件,对燃料电池的性能起到主导作用.笔者制备了酸化剂中掺杂不同量H2SO4的PBI膜,测试了高温PBI燃料电池的I-V特性和交流阻抗特性,对比了PBI膜表面SEM照片的差异,分析了高温PBI膜掺杂硫酸的含量和电池温度对高温燃料电池性能的影响.结果研究发现:高温PEM燃料电池的PBI膜在高温酸化时及高温燃料电池运行时,H2SO4的强氧化性起主导作用,破坏了PBI膜的内部结构,阻碍了质子的传递,对PBI膜和燃料电池电极均有损伤.结论酸化剂中掺杂强电解质强氧化性的H2SO4不利于高温PBI膜燃料电池性能的提高,虽然常温下经H2SO4处理后的PBI膜的电导率能够显著提高,但高温运行的PBI膜燃料电池的性能有明显下降.H2SO4的加入对PBI膜的电导率没有明显的提升,反而对高温燃料电池的性能有所抑制.掺杂强电解质H2SO4对提升电池性能是不合适的.     

HT-PEM燃料电池性能实验分析

目的研究电池温度、氢气流量和空气流量对高温质子交换膜燃料电池的性能影响.方法通过电化学工作站测试了HT-PEM燃料电池的伏安特性和交流阻抗,利用等效电路法分解得到HT-PEM燃料电池中的欧姆阻抗和法拉第阻抗,分析电池温度、氢气流量和空气流量对燃料电池的伏安特性、欧姆阻抗和法拉第阻抗的影响.结果电池温度、氢气流量和空气流量对高温质子交换膜燃料电池性能有一定影响,温度升高和增大气体流量能够一定程度地提高高温质子交换膜燃料电池的性能.HT-PEM燃料电池的性能不会随着气体流量的增加而一直增加.结论升高温度降低了燃料电池的欧姆阻抗和法拉第阻抗;氢气流量变化和空气流量变化对欧姆阻抗和法拉第阻抗没有明显影响.     

三维聚合物电解质膜燃料电池中水的输运模拟

针对新型螺旋形加压聚合物电解质膜燃料电池,提出了一种液态水生成和输运效应的数值模型.该数值模型基于燃料电池的物理机理、流体流动、传热导、多孔介质中的传质、电化学反应、含相变的多相流动、电流输运、多孔介质和固体导电区域中的位势场以及穿过聚合物膜的水的输运设计优化过程.在分析中还使用了燃料电池模型.例如,电化学模型--用于预测局部电流密度和电压分布;位势场模型--用于预测多孔介质以及固体导电区中的电流和电压;多相混合物模型--用于预测在多孔扩散层中的液态水和气体流;薄膜多相模型--用于研究气体流道中的液态水流.最后给出了聚合物电解质膜燃料电池液态水生成和输运的理论模型的数值结果,包括催化层和膜中的H2,O2和H2O的质量和克分子数的等值线图.     

流道对ab-PBI膜高温燃料电池阴极传质的影响

目的研究高温质子交换膜燃料电池的流道深度及其宽度对于提高其性能的影响.方法建立了一个二维、单相、稳态数学模型模拟研究高温质子交换膜燃料电池阴极氧气和水蒸气分布规律,分析流道深度及宽度对电池阴极中氧气、水蒸气浓度分布的影响.结果在高温质子交换膜燃料电池阴极中,氧气浓度沿着流道方向降低,而水分浓度则升高;从催化剂层到扩散层,氧气浓度升高,而水分浓度降低.在一定范围内增大流道深度,电池阴极催化剂层和扩散层内氧气浓度越大,水分浓度越小.在一定范围内增大流道宽度,电池阴极扩散层和催化剂层内氧气浓度越小,水分浓度越大.结论在一定范围内降低流道的深度和增大流道的宽度有利于氧气的传输与充分反应,可以提高高温质子交换膜燃料电池的性能.研究结果对高温质子交换膜燃料电池的流场结构参数的优化具有重要参考价值.     

绿色电池发展现状和前景分析

<正> 国内外信息技术迅猛发展,信息通讯产业已经成为国民经济和社会发展的支柱产业之一。由此也极大地推动了新型绿色电池技术的发展及其产业化进程。作为通信使用的电池,以下新型绿色电池技术和相关产业发展尤为迅速。 1.贮氢材料及金属氢化物镍蓄电池 2.锂离子嵌入材料及液态电解质锂篱子蓄电池 3.聚合物电解质锂蓄电池或锂离子蓄电池 4.锌空气电池和PEM燃料电池     

MgClO_4—PEG聚合物电解质研究

制备出 MgClO_4—PEG 聚合物固体电装质膜,以该固体电解质膜组装了电池,测定了电池的某些性能。讨论了室温下电导率随盐,溶剂,Ag80组成的变化以及材料的稳定性。     

一种新型聚氧化乙烯基凝胶型聚合物电解质的制备及其性能

通过紫外固化的方法合成了一种新型的聚氧化乙烯(PEO)基凝胶型聚合物膜,该聚合物膜具有适当的交联密度、良好的空间结构稳定性以及吸附液体电解液的性能.利用所合成的凝胶型聚合物膜制备了凝胶型聚合物电解质.研究表明,该聚合物电解质膜具有较高的离子电导率,其室温离子电导率最高可达1 mS/cm左右;较宽的电化学稳定窗口和较好的热稳定性能,可达到锂离子二次电池的使用要求.     

质子交换膜燃料电池一维气液两相流模型研究

为研究质子交换膜燃料电池内水对电池输出性能的影响,搭建了一维燃料电池气液两相流模型,该模型考虑了氧气、氢气、水蒸气和液态水在气体流道、气体扩散层和催化层中的流动以及膜结合水在聚合物中的传输过程,同时考虑了电池内部水的相变。采用该模型分析了进气相对湿度对燃料电池输出性能的影响,结果表明:在小电流密度工况下,高相对湿度入口气体能够降低电池内阻提高输出电压;在进气相对湿度较高和大电流密度条件下,阳极比阴极更容易发生水淹。     

低成本、高性能燃料电池双极板材的制备及应用取得新进展

聚合物电解质燃料电池在电动汽车、航空航天等领域有广阔的应用前景，然而燃料电池组的高成本阻碍了它的市场化进程。主要原因是组成聚合物电解质燃料电池堆的主要部件双极板的成本占电池堆成本的60％。目前最常用的无孔石墨双极板基质较脆，且加工复杂，厚度和重量都难以减少；而另一种双极板材料是用优质钢板经特殊处理制成，不仅加工昂贵、重量大，而且不能完全保证燃料电池工作环境下耐腐蚀性。因此，研究开发一种具有自主知识产权的廉价、高性能的燃料电池双极板材已迫在眉睫。     

基于文献计量的全球氢燃料电池技术竞争态势分析

在全球气候变暖和能源供给日益紧张的背景下,氢燃料电池因其绿色高效的优势受到各国的关注。该文梳理和分析了主要国家/地区氢燃料电池发展战略与规划;并采用文献计量和文本挖掘技术,分析了第五代氢燃料电池——质子交换膜燃料电池的发展态势。研究结果表明:主要国家十分重视氢燃料电池技术,近年来纷纷出台政策加强战略布局和研发投入。从专利数量变化趋势和分布上看,氢燃料电池技术发展可能处于瓶颈期;日本和美国技术竞争优势明显,日本是该领域最大的技术来源国和技术市场国,且专利集中在丰田、松下电器等大型跨国企业手中,跨国企业技术垄断趋势明显;质子交换膜燃料电池技术研发热点主题主要集中在膜电极组件、辅助与控制系统等技术领域。     

通过固化液态前驱体，模塑制备高比表面积聚合物电解质

用光化学方法将能够100％固化的低分子量活性液态前驱体固化成拥有优良质子电导率的固体膜，从而通过这种简单的过程制备了用于燃料电池的聚合物电解质膜（PEM）。这种方法不需要熔融挤出或溶剂重塑等进一步处理过程，而是直接将液态前驱体固化为薄膜，并使薄膜保持在所需要的尺寸。通过化学交联，可以在薄膜中增加磺酸基团数目以此达到高的质子传导率而又不增加薄膜的水溶性，水溶性会破坏非交联的聚合物。用这种薄膜制备了膜电极组件（MEA），它的电池性能优于基于商业化材料的电池。而且。由于液态前驱体的存在，通过柔性平面印刷或微模塑技术可以在薄膜表面上形成具有高精确性，微型的三维结构。相比于普通平面膜，这种有表面微结构的膜在膜与催化剂层之间提供了一个更大的接触面积，进而使其组成的MEA具有更高的功率密度。因此它能使燃料电池微型化，促进燃料电池在移动设备中的应用。     

掺杂聚合物电解质膜性能

以型号为Kynar2801的PVDF-HFP(偏氟乙烯-六氟丙稀共聚物)为基质,制备了掺杂微米TiO2粉体的聚合物锂离子电池用多孔电解质隔膜,并采用SEM、XRD、交流阻抗法以及充放电测试等测试手段研究分析该电解质膜的物理及电化学性能. 实验结果表明:掺入质量分数6.5%的微米TiO2聚合物电解质膜的室温离子电导率为1.66×10-3S·cm-1,拉伸强度为2.78MPa;在以掺杂电解质膜为隔膜的锂离子电池中,分别以28,70,140,280mA·g-1的电流密度放电时,正极材料LiCoO2的放电容量分别为140.6,127.48,120.25,99.17mAh·g-1.     

聚合物电解质在电池中的应用及其研究进展

聚合物电解质是由聚合物及其衍生物组成的电解质体系。与传统电池电解质相比,其具有安全性高、热稳定性好、电化学窗口宽等优点,被广泛应用于锂离子电池、金属空气电池、燃料电池、太阳能电池等。近年来,研究人员主要通过研究聚合物电解质的结构组成以提高其离子电导率,例如,在体系中使用阴离子体积较大的金属盐,通过多种方法(共混、共聚、交联、添加填料)将缺电子基团引入聚合物。此外,未来的研究方向还包括利用导电聚合物、改变聚合物电解质的孔隙结构、制备有机-无机复合材料等。本文介绍了聚合物电解质在电池特别是锂离子电池中的应用,综述了聚合物电解质的作用机理、分类、改性方法等方面的最新研究进展。     

燃料中CO_2杂质对高温质子交换膜燃料电池性能的影响

目的研究燃料中添加不同浓度的CO2对高温质子交换膜(HT-PEM)燃料电池性能的影响.方法运用燃料电池测试系统对HT-PEM燃料电池的伏安特性和交流阻抗特性进行测试,并采用等效电路分析获得了HT-PEM燃料电池的等效元件,分析了重整燃料H2中CO2含量对HT-PEM燃料电池伏安特性和交流阻抗特性的影响.结果氢燃料中的CO2对HT-PEM燃料电池有一定的毒化作用,主要体现在CO2吸附在催化剂表面,形成了Pt-CO键,降低了电池的开路电压,导致浓差极化加剧.如果通入纯氢气燃料,电池性能可恢复至95.3%水平.结论提高燃料中CO2的含量,燃料电池的法拉第阻抗增大,电池的性能降低;随着温度的升高,电池系统对CO2的容忍度降低;CO2对电池性能的影响可以得到恢复.     

碱性固体聚合物电解质膜的制备及性能研究

以聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)和KOH为原料,运用溶液浇注法制备了PVA-KOH-PEG-H2O电解质膜,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、交流阻抗(AC)和循环伏安(CV)等技术对其结构和性能进行表征。结果表明,碱性固体聚合物电解质膜(m(PVA)∶m(KOH)∶m(PEG)=1∶3∶1)的室温(15℃)电导率可达到0.106 S/cm,电导率与温度关系符合Arrhenius方程。XRD测试结果表明,PVA和PEG均以无定形形式存在于碱性固体聚合物电解质膜中;SEM测试结果表明,PVA和PEG在聚合物中形成均一的形貌;循环伏安曲线表明,碱性固体聚合物电解质膜的电化学稳定窗口为2.4 V。此外,组装了Al/AgO电池,并进行了充放电测试。     

一种质子交换膜燃料电池冷启动分层数值模型

针对质子交换膜燃料电池在低温环境启动时伴随的复杂物理和化学现象,搭建了一种新的燃料电池单电池冷启动数值模型,该模型全面包含了燃料电池低温启动的电化学反应机理、水热传递机理、水相变机理等.研究了催化层聚合物体积分数、孔隙率、质子交换膜厚度三个因素对低温冷启动的影响.最终提出了储水量(WSC)这一预测燃料电池低温冷启动能力的指标.     

武汉大学研制出新型燃料电池

经过七年的研究，武汉大学化学与分子科学学院庄林教授及其所在团队终于实现了燃料电池技术的原创性突破：他们研制的碱性聚合物电解质燃料电池，未来有望大幅度降低燃料电池造价成本。这一成果，已发表在2008年12月15日出版的美国《国家科学院院刊》（PNAS）上。     

扩散层对ab-PBI膜高温燃料电池阴极内传质的影响

目的研究高温质子交换膜燃料电池的扩散层孔隙率及其厚度对于提高其性能的影响.方法建立一个二维、单相、稳态数学模型研究高温质子交换膜燃料电池阴极氧气和水蒸气扩散传递规律.模型耦合了质量守恒方程、动量方程、能量方程、组分方程和催化剂层中的Butler-Volmer方程,研究扩散层孔隙率及其厚度对电池阴极中氧气、水蒸气浓度分布的影响.结果在气体流动方向,氧气浓度逐渐降低,水分浓度逐渐升高;从催化剂层到扩散层,氧气浓度逐渐降低,而水分浓度渐渐升高.减小扩散层的厚度和增大扩散层孔隙率,在气体流动方向,氧气浓度降低的梯度变大,水分浓度升高的梯度也越大;在扩散层和催化剂层厚度方向,氧气浓度降低的梯度变小,水分浓度增大的梯度也越小.结论在一定范围内降低扩散层厚度和增大孔隙率有利于氧气的输入和产物水的排出,提高高温质子交换膜燃料电池性能,对高温质子交换膜燃料电池结构参数的优化及电池的推广应用具有重要影响.     

PEO-PAN-PEO三明治结构新型固态聚合物电解质的研究

为了解决聚丙烯腈(PAN)聚合物电解质膜刚性强、界面接触状况差的问题,将聚氧化乙烯(PEO)电解质膜贴合在PAN电解质膜的两侧,形成三明治结构PEO-PAN-PEO新型聚合物电解质复合膜.在高温下PEO层具有的柔性大幅度增加了电极与电解质的接触面积,降低了界面阻抗,成功充当了全固态锂电池的电解质膜.以金属锂为负极、LiFePO4为正极所组装的全固态锂电池在60℃下工况良好,初始放电比容量是153mAh/g,40周容量保持率为87%.     

固体氧化物燃料电池的料浆喷涂法制备及性能

采用料浆喷涂法在NiO/YSZ阳极支撑体上制备了YSZ电解质膜并将其制成固体氧化物燃料电池(SOFC)单电池,并采用CHI电化学工作站和扫描电镜(SEM)对其伏安特性、阻抗谱和电池横断面的微观结构进行了测试和研究.结果表明:电池正常工作,开路电压随温度的升高而下降,从500℃的1.054 V降到800℃的0.963 V,800℃的最大功率密度为57×10-3W/cm2;电池在较低的工作温度下电阻损失主要来自界面电阻,随温度的升高界面电阻明显降低;电解质膜的厚度约为30μm,阳极微观结构不够均匀,这是造成欧姆电阻的主要原因.