Proton-conducting Membranes Based on PVA-PAMPS Semi-interpenetrating Polymer Networks for Low Temperature Direct Methanol Fuel Cells

In direct methanol fuel cells （DMFCs） the methanol crossover from anode to cathode through the polymer electrolyte membrane is a major isue, because this not only causes loss of fuel, but also reduces the performance at the cathode due to the mixed reaction of methanol oxidation with oxygen reduction reaction. Membranes that show high proton conductivity, and at the same time, low methanol permeability are strongly desired but difficult to attain, because of trade-off relations between these parameters. We here report a new type of cost-effective polymer blend membranes based on chemically cross-linked poly（vinyl alcohol） （PVA） and 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid （PAMPS） which is called semi-interpenetrating polymer networks （semi-IPNs）.     

Proton Exchange Membranes for Fuel Cells Challenges and Recent Developments

The current technology of proton exchange membrane fuel cells （PEMFC） is based on perfluorosulfonic acid （PFSA） membranes （e. g. Nation ） as electrolyte. It operates on pure hydrogen and oxygen/air at typically 80℃ with high power density and long-term durability. For the membranes to be conductive, a minimum threshold of absorbed water molecules is about 6 to 7 mole per sulfonic site. The highest conductivity is only obtained under fully hydrated conductions, i.e. 21 - 22 mole water per sulfonic acid site. In other words, the proton conductivity is achieved by the locally liquid-like hydrophilic domain of the nanostructure. This strong dependence of conductivity on the water content in membranes limits the operational temperature of PEMFC below 100 ℃.     

Polymer Materials for Fuel Cell Membranes ：Sulfonated Poly（ether sulfone） for Universal Fuel Cell Operations

Polymer electrolyte fuel cells （PEFCs） have been spotlighted because they are clean and highly efficient power generation system. Proton exchange membrane fuel cells （PEMFCs）, which use reformate gases or pure H2 for a fuel, have been employed for automotives and residential usages. Also, liquid-feed fuel cells such as direct methanol fuel cell （DMFC） and direct formic acid fuel cell （DFAFC） were studied for portable power generation.     

基于含硒窄带隙聚合物太阳能电池的性能

为扩展聚合物太阳能电池的光谱响应范围,选用含硒窄带隙聚合物———聚[2, 7-(9,9-二正辛基)芴-5,5’-(4,7-二硒吩-2,2’-基)-2,1,3-苯并硒二唑] (PFSeBSe)作电子给体,C60衍生物(PCBM)作电子受体,将二者共混,制备了单活化层聚 合物太阳能电池.研究表明,PFSeBSe与PCBM的最佳混合质量比约为1∶4,在AirMass 1.5(100mW·cm-2)模拟太阳光源辐照下,用LiF/Al作为阴极,器件的最大能量转换效 率为0.423%,光敏响应可扩展到700nm以上,比文献报道的结果红移了30～50nm,表明 该体系的吸收与地表太阳光谱能量分布更加匹配.     

质子交换膜燃料电池的三维数值模拟

对一种质子交换膜燃料电池进行了整个单电池的三维数值模拟.计算中采用单相等温模型,数值求解用整场离散、整场求解的方法,同时采用已知电流通过Butler-Volmer方程修正过电位获得电池电压的方法模拟电化学动力学过程.数值结果与实验值的对比表明,所采用的单电池计算模型在大部分工况下获得的输出电压与实验值偏差均可控制在10%～20%以内.计算并分析了单电池局部电流密度分布,同时将单电池模型与典型单元模型的计算结果进行了对比,发现两者在电流密度、质量组分的分布上均存在明显的差异,其原因主要在于典型单元边界条件设置所致.该工作将有助于对质子交换膜燃料电池的流动、传质与电化学过程进行进一步的数值研究.     

燃料电池用季铵化聚乙烯醇与羟基磷灰石阴离子膜

以季铵化聚乙烯醇(QPVA)和羟基磷灰石(HA)为原料制备了燃料电池用阴离子复合膜,对膜材料分别进行了红外光谱(FT-IR)结构表征和热失重(TGA)分析.结果显示,HA的引入将复合膜的热分解温度提高了约30℃.对不同HA掺杂量的一系列阴离子复合膜的物理化学性能指标的测试表明,HA的掺杂改善了复合膜的溶胀率和断裂拉伸强度,减缓了升温条件下因水蒸发导致的膜电导率的下降;但复合膜的离子交换量有所降低.当HA的掺杂量(质量分数)由0增加到75.0%时,相应复合膜的体积溶胀率由105.5%降低为55.5%;拉伸强度由47.9 MPa提高到69.5 MPa;离子交换量则由0.72 mmol/g降低为0....     

Water Transport Analysis in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells by Magnetic Resonance Imaging

1 Results Polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) have beenintensively developedfor future vehicle applications andon-site power generation owing to its high energy efficiency and high power density.In PEFCs ,appropriatewater management to maintain polymer electrolyte membrane (PEM) hydratedis of great i mportance ,becausethe ion conductivity of membraneislower at lower water content .Consequently,it is of great interest to watercontent and water transport process in PEMs during fuel cell operation.     

质子交换膜燃料电池及其数学模型简述

以氢氧质子交换膜燃料电池为例,阐述了燃料电池的工作以及计算燃料电池动力学的基础数学模型。这个模型包括五个基本的控制方程:质量、动量、组分传递、电荷和能量方程以及各物理化学属性之间的关系。     

Electron Spin Resonance Study of Fuel Cell Polymer Membrane Degradation

1 Introduction The long termstability of the membraneis ani mportant factor li mitingthe fuel cell lifeti me .During ex-tended use the membrane degrades , probably via reaction with hydroxyl and superoxide radicals which areregular intermediates of the oxygenreduction at the cathode .Only extremely stable membranes can withstandthe aggressive chemical and physical environment in an operating fuel cell . Within a given set of operatingconditions,intrinsic chemical and mechanical properties of t…     

碱性固态高分子电解质薄膜的合成与金属-空气燃料电池的应用

提出了一项经由自由基聚合反应及溶液成膜法制备新型超高离子导电度高分子薄膜的制备方法.利用高亲水性之聚乙烯醇为基材,并利用丙烯酸单体于PVA高分子溶液中行自由基聚合反应,并藉由交联剂的使用以及调整丙烯酸聚合比例,使制备成内穿透网状结构的高分子薄膜,此薄膜在吸附32wt-%碱性氢氧化钾溶液后,室温离子导电度可达0.301S·cm-1,若在吸附2M硫酸溶液后,其室温离子导电度亦可达0.175S·cm-1,并同时拥有良好的机械强度;在锌空气电池以及铝空气电池的应用测试中,结果显示此高分子电解质薄膜可提供电池具有高的电池利用率以及高的使用功率密度,并且同时拥有很好之电化学稳定度,对于未来在燃料电池以及金属-燃料反应系统上具有很高的应用潜力.     

锂离子电池用无纺布支撑聚合物复合膜的制备

采用γ射线辐射接枝的方法在无纺布纤维表面接枝苯乙烯。将接枝改性后的无纺布浸渍于丁酮/PVDF-HFP/丁醇混合液中,真空干燥后制得多孔的无纺布支撑聚合物电解质复合膜。以其为隔膜组装了聚合物锂离子电池（LiMn₂O₄/无纺布聚合物复合膜/Li）,进行充放电测试。研究结果表明,无纺布聚合物复合膜具有合适的厚度,一定的机械强度。辐射接枝提高了无纺布与聚合物混合液的结合力,在电池的充放电循环过程中不易发生短路,电池的容量和循环性能得到显著提高。     

锂离子电池用无纺布支撑聚合物复合膜的制备

采用γ射线辐射接枝的方法在无纺布纤维表面接枝苯乙烯。将接枝改性后的无纺布浸渍于丁酮/PVDF-HFP/丁醇混合液中,真空干燥后制得多孔的无纺布支撑聚合物电解质复合膜。以其为隔膜组装了聚合物锂离子电池(LiMn2O4/无纺布聚合物复合膜/Li),进行充放电测试。研究结果表明,无纺布聚合物复合膜具有合适的厚度,一定的机械强度。辐射接枝提高了无纺布与聚合物混合液的结合力,在电池的充放电循环过程中不易发生短路,电池的容量和循环性能得到显著提高。     

高温条件下高分子材料与离子液体气体分离复合膜的合成及特性表征研究

研究了高温条件下用聚苯并咪唑(PBI)、聚酰亚胺(PI)与离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐([C4mim][NTf2])制备不同组分的高分子复合膜的合成方法,并用SEM、TGA、DMTA测试了各复合膜的机械稳定性、抗拉强度、热稳定性以及表面形态.实验结果表明,PBI-[C4mim][NTf2]复合膜在100~200℃,PI-[C4mim][NTf2]复合膜在100~300℃范围内结构稳定、致密,具有足够的机械及热稳定性,适用于制备在高温下能够保持结构稳定并提供良好气体分离率及经济适用通过率的高分子膜.     

微生物燃料电池同步去除硫化物及产电的对比研究

对比研究空气阴极单室与双室微生物燃料电池(MFC)在去除硫化物及产电性能。当硫化物浓度为100mg/L,共基质葡萄糖浓度为812 mg/L时,单室和双室MFC的最大开路电压分别达897.2 m V和821.7 m V,最大输出功率分别为340.0 m W/m~2和273.8 m W/m~2,库仑效率分别为5.6%和10.7%,单室MFC表现出更好的电能输出,而双室MFC的能量转化效率更高。单室MFC运行72小时后,含硫化物废水中的硫化物去除率为75.4%。含硫化物废水中的有机质也可以得到同步去除,TOC的去除率为17.8%。上述结果表明利用MFC去除硫化物并同步产电是可行的,阴极是系统的主要限制因素。     

细鳞片膨胀石墨在燃料电池中的应用分析

本文简述了质子交换膜燃料电池双极板的基本概念,分析了细鳞片膨胀石墨在质子交换膜燃料电池中应用的优缺点。指出细鳞片膨胀石墨优点是比表面积大、密度均匀、复合性能好,不足之处在于纯度不够高,在回弹性、导电性方面不如大鳞片膨胀石墨。指出细鳞片膨胀石墨在质子交换膜燃料电池中的应用发展方向在于复合双极板。     

Development of Oxide Ceramics for Application in Solid Oxide Fuel Cells

1 Results Solid oxide fuel cells (SOFC) are ceramic fuel cells that convert chemical into electrical energy in a temperature region between 650 ℃ and 1 000 ℃.Systems are currently under development for a variety of applications e.g. for both small and large scale stationary combined heat and power systems but also for the supply of electrical energy in the automotive area. The current objectives in the development of SOFCs is to lower the operating temperature from 850 ℃ down to below 750 ℃ in order to ...     

基于表面等离子体增强的聚合物太阳能电池研究

为有效地提高聚合物电池器件的光吸收和电荷收集,进而提高整体器件效率,采用氧化钼(MoO3)/银纳米粒子(Ag NPs)/氧化钼作为复合阳极缓冲层,制备了反型聚合物太阳能电池,并研究了在缓冲层中加入金属纳米颗粒对器件性能的影响.实验结果表明,在MoO3缓冲层中加入1 nm的Ag时,器件的短路电流密度和光电转换效率都得到了提高,短路电流密度从9.54 mA/cm2增加到12.83 mA/cm2,效率从2.14％提高到3.23％.Ag纳米颗粒的表面等离子体共振作用,有效地提高了器件的光吸收和电荷收集,提高了整体器件效率.     

Influence of Microstructure and Sintering Routes on Transport Properties of Apatite Materials for Fuel Cells

1 Results Oxy-apatite materials are thought as zirconia-substitutes in Solid Oxide Fuel Cells due to their fast ionic conduction. However, the well known difficulties related to their densification prevent them from being used as such. This study presents strategies to obtain oxy-apatite dense materials and the influence of elaboration route on transport properties. Particular emphasis is put on the microstructure effect on ion conduction. By the combined use of freeze-drying and conventional or spark p...     

基于表面等离子体增强的聚合物太阳能电池研究

为有效地提高聚合物电池器件的光吸收和电荷收集, 进而提高整体器件效率, 采用氧化钼(MoO₃)/银纳米粒子(Ag NPs)/氧化钼作为复合阳极缓冲层, 制备了反型聚合物太阳能电池, 并研究了在缓冲层中加入金属纳米颗粒对器件性能的影响。实验结果表明, 在MoO₃缓冲层中加入1 nm的Ag时, 器件的短路电流密度和光电转换效率都得到了提高, 短路电流密度从9.54 mA/cm²增加到12.83 mA/cm², 效率从2.14%提高到3.23%。Ag纳米颗粒的表面等离子体共振作用, 有效地提高了器件的光吸收和电荷收集, 提高了整体器件效率。     

基于差分进化算法的辅助燃油系统燃油转输参数优化

为了选取和优化辅助燃油系统燃油转输参数,通过对差分进化算法进行改进,发展了辅助燃油系统燃油转输参数优化计算方法,对燃油转输参数方案进行了优化计算分析。结果表明:发展的改进差分进化算法对燃油转输参数方案的优化问题求解有效;与给定的燃油转输策略的计算结果相比,燃油转输参数优化方案可以保证双发运行情况下和单发运行情况下的性能最优。