质子交换膜燃料电池膜电极材料及其制备技术

上海交通大学电化学能源材料研究小组在马紫峰教授带领下，多年来在质子交换膜燃料电池（PEMFC）关键材料，燃料电池电催化和燃料电池反应器领域取得一系列科研成果。     

燃料电池发电技术的特点及发展现状

本文通过对燃料电池类型的介绍,分析了燃料电池发电技术的特点,以及欧美及日本等发达国家燃料电池发电技术的发展现状。     

用于直接甲醇燃料电池系统甲醇浓度控制的软测量

为了提高直接甲醇燃料电池燃料的效率,并使该系统微型化,提出了一种用于控制该系统中循环甲醇浓度的软测量算法。该算法利用甲醇浓度对电化学响应的特性,将电堆的电流、电压以及温度作为对浓度的响应参数,将每片电池作为传感原件,准确测量电池的电流、电压和温度。结果表明,采用该算法从实验结果推测值的甲醇浓度误差小于0.40%。该算法可用于微型燃料电池的开发。     

铂含量对铂炭复合电极电化学参数的影响

以乙炔黑为载体，用化学吸附还原法制备了不同铂含量的铂炭复合电极，采用恒电位法测定出这些铂炭复合电极的阴极过电势η随极化电流密度j的变化关系曲线（阴极极化曲线），在此基础上求出了铂炭复合电极的交换电流密度、塔菲尔常数和对称系数等有关电化学参数。实验结果表明，在一定范围内，随着铂炭复合电极中的含量的增加，其交换电流密度也随之增大。这表明在此范围内，随着电极中铂含量的增加，铂炭复合电极传输氧化还原反应电流的能力逐渐增强。因此，将铂炭复合材料作为离子膜燃料电池电极材料时，铂含量高的铂炭复合电极更有利于电化学反应的进行。实验结果还表明，铂炭复合电极中的铂含量对电极反应过程中的塔菲尔常数和对称系数都有一定的影响，随着复合电极中铂含量的增加，电极反应过程中的塔菲尔常数和对称系数也发生规律性的变化。     

华德公司燃料电池城市客车

北京北方华德尼奥普兰客车股份有限公司（以下简称“华德公司”）是我国较早引进国外（德国尼奥普兰）技术生产高档豪华客车的生产企业。     

循环伏安法测定聚苯并咪唑膜电解质甲醇透过率

研究建立了电化学循环伏安法(CV)测定磷酸掺杂聚苯并咪唑(PBI)膜甲醇透过率的方法.以磷酸溶液为电解质,在扫描电压范围-0.2~1.2 V和扫描速度100 m V/s的条件下测试了不同磷酸掺杂水平PBI膜的甲醇透过率.研究表明,根据膜样品酸掺杂水平选择磷酸电解质溶液的浓度可使待测PBI膜的酸掺杂水平在测定过程中保持不变,进而保障结果的准确性和可靠性;与纯PBI膜的甲醇透过率(1.34×10-8cm2/s)相比,磷酸掺杂PBI膜的甲醇透过率有所增加,当PBI膜的酸掺杂水平为2.5~3.2时,膜的甲醇透过率为3.2×10-8~14×10-8cm2/s.     

氮掺杂石墨烯的制备及其氧还原电催化性能

以三聚氰胺和氧化石墨烯(GO)为原料,经物理研磨和高温热解得到氮掺杂石墨烯(三聚氰胺-NG).扫描电子显微镜(SEM)测量显示,所制备的三聚氰胺-NG厚度和表面褶皱较掺杂前略有增加.X射线光电子能谱(XPS)表明,在三聚氰胺-NG中氮元素以吡咯N、吡啶N和石墨N 3种形式掺杂在石墨烯中,它们的比例分别是14.5%、24.5%和61.0%.同时运用循环伏安法(CV)和旋转圆盘电极技术(RDE)测试了三聚氰胺-NG在碱性介质中的氧还原电催化活性.结果表明,与商业石墨烯和由聚吡咯为氮源制备的氮掺杂石墨烯(ppy-NG)相比,三聚氰胺-NG具有较高的电催化活性和较正的氧还原起始电位(-0.09V),并且电催化还原氧气时主要为4电子反应.由于其较高的氧还原性能和较低的成本,三聚氰胺-NG在碱性燃料电池阴极电催化剂中有良好的应用前景.     

基于甘蔗制备微生物燃料电池的阳极材料

天然植物甘蔗经碳化可形成具有多孔结构的碳材料。将该多孔碳材料作为微生物燃料电池的阳极,并采用电化学技术和扫描电子显微镜的形貌技术系统研究该多孔碳材料的阳极性能以及微生物膜的生长情况。研究结果表明该多孔碳材料作微生物燃料电池阳极可产生高达2.32 m A/cm2的阳极电流密度,是一种非常好的阳极材料。     

PEMFC水管理模型及控制

根据质子交换膜燃料电池两侧的极化反应、电渗过程、浓度差现象,运用Simulink仿真工具,建立燃料电池水含量与输出电压关系的仿真模型,仿真结果与实际数据相符,证明了模型的有效性.将该模型按扰动输入进行分段线性化后,取得适合每段模型的PID参数,设计从扰动输入到PID参数的模糊控制器,仿真结果显示控制器对电堆电流及温度产生的扰动具有较好的抑制效果,保证了电堆输出功率的稳定性和快速性,对指导电堆水管理有一定意义.