PFSI/PTFE復(fù)合膜用于質(zhì)子交換膜燃料電池的研究

分析質(zhì)子交換膜燃料電池的膜水含量與運行參數(shù)的關(guān)系,從工程方法的角度建立水傳輸模型.模型分析得到,要提高膜的水合程度,需要通過增濕反應(yīng)氣體.過高的增濕反應(yīng)氣體又會引起陰極擴散層水的泛濫,需通過調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體流量來緩解水的泛濫.為保證膜的高水合程度和低的陰極擴散層水的泛濫,建立了膜水含量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模型,為電池水管理奠定了基礎(chǔ).

用質(zhì)量百分比為40%pt/c+nafion制備了親水電極,并與nafion112質(zhì)子交換膜熱壓制備了質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極組件。用恒電流極化和電化學阻抗譜研究了電極組分對性能的影響,同時優(yōu)化了各組分的含量。在碳紙基體和催化劑層之間引入了c/fep催化劑支撐層,支撐層碳粉的優(yōu)化載量為0.8mg/cm2,fep的優(yōu)化質(zhì)量百分含量為40%。電極催化劑層pt的適宜載量為(0.40±0.05)mg/cm2,nafion的優(yōu)化質(zhì)量百分含量為30%。

以60kw級質(zhì)子交換膜燃料電池(pemfc)建筑熱電聯(lián)供系統(tǒng)為例,分析了用戶電負荷及生活熱水負荷的變化規(guī)律,模擬了能量供需的匹配與運行模式,考察了不同季節(jié)、不同時段系統(tǒng)對用戶熱電負荷的滿足情況及系統(tǒng)實現(xiàn)的效率,按擬定策略運行時燃料節(jié)約情況及二氧化碳和氮氧化物的減排效果。

為了深入研究質(zhì)子交換膜燃料電池加濕器的工作性能,從傳熱傳質(zhì)學的角度分析膜加濕器系統(tǒng),建立加濕器的機理模型。當已知加濕器入口氣體和水流的狀態(tài)參數(shù)(如:溫度、流量、壓力)以及加濕器的物理參數(shù)(如:氣道的幾何形狀和熱傳導系數(shù)等)時,此模型可以計算出加濕器出口氣體的相對濕度、溫度以及出口水溫等變量值。以1kw質(zhì)子交換膜燃料電池的參數(shù)為依據(jù),用simulink進行仿真。仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的比較表明,模型能夠反映出加濕器的實際工作狀況。

質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板表面改性研究

通過分析質(zhì)子交換膜燃料電池(pemfc)電極用氣體擴散層的功能特點及性能要求,對幾種常用于pemfc電極中的氣體擴散層材料,如碳纖維紙、碳纖維編織布、非織造布及炭黑紙等進行了評述,介紹了它們的基底制作工藝及后處理工藝,同時對幾種典型的憎水處理方法作了簡要的說明。針對各種氣體擴散層材料存在的缺陷,指出研究開發(fā)具有高性能的氣體擴散層材料將有利于改善pemfc電極的綜合性能。

質(zhì)子交換膜燃料電池控制器的設(shè)計 質(zhì)子交換膜燃料電池控制器的設(shè)計 摘要：介紹了基于嵌入式pic16f876a-i/sp芯片的質(zhì)子交換膜燃料 電池控制器的軟硬件的設(shè)計，該控制器很好地改善了燃料電池的輸出性能。 實驗結(jié)果表明，設(shè)計的質(zhì)子交換膜燃料電池控制器不僅具有保護反應(yīng)堆和 蓄電池等功能，并可以在多變的環(huán)境下保持燃料電池的高度可靠性和穩(wěn)定 性。其性能基本達到預(yù)期指標。關(guān)鍵詞：燃料電池；主控芯片；控制器 質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)是一種功率調(diào)節(jié)設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于電腦、 醫(yī)療/生命維持系統(tǒng)、電信、工業(yè)控制等領(lǐng)域。它的主要功能是持續(xù)以高 質(zhì)量的功率供給負載。一個高性能燃料電池系統(tǒng)應(yīng)該有一個線性和非線性 負載的較低總諧波失真、效率高、可靠性好、突發(fā)電網(wǎng)故障和負載改變時 的快速瞬態(tài)響應(yīng)的凈輸出電壓[1]。伴隨著個人電腦和互聯(lián)網(wǎng)的普及，低容 量燃料電池產(chǎn)品將在工業(yè)領(lǐng)域和國內(nèi)市場進一步增長。

采用涂布法制備親水電極,即將催化劑和質(zhì)子導體nafion制成糊狀,均勻地涂在電極支撐體上,制備過程比常規(guī)電極制備過程和wilson制備親水電極的方法簡便。并對電極進行了性能研究和壽命考察,同時還考察了加入聚四氟乙烯(ptfe)對電極性能和壽命的影響。這種方法制得的質(zhì)子交換膜燃料電池(pemfc)電極,催化劑利用率高,初始活性很好,但穩(wěn)定性不好,加入ptfe對電極性能影響不大,但穩(wěn)定性有明顯提高。

闡述了質(zhì)子交換膜燃料電池和電池堆的基本工作原理和關(guān)鍵組件,提出了pemfc技術(shù)應(yīng)用于建筑物的熱電聯(lián)供的供能方式。對pemfc供能的理論效率和實際效率、排放和噪聲進行了討論。實際應(yīng)用證明,pemfc熱電聯(lián)供方式具有能量轉(zhuǎn)化效率高和廢氣排放量少等優(yōu)點。

小型質(zhì)子交換膜燃料電池作為目前質(zhì)子交換膜燃料電池的研究熱點之一,其箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈活、實用、可靠和便捷性更有利于其在小型電子設(shè)備和小功率移動電源等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用?？紤]了在高壓氫氣瓶、便攜式金屬氫化物儲氣罐等不同氫氣供氣方式下設(shè)計小型質(zhì)子交換膜燃料電池箱體結(jié)構(gòu),使其既能在通用供氣方式下作為一個單獨的部件進行供電,也能快速安裝金屬氫化物儲氣罐箱體進行便攜式供電,實現(xiàn)了使用的可靠性、靈活性和便捷性。

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　將兩種不同ew值的聚α,β,β＿三氟苯乙烯(sptfs)樹脂浸入到多孔聚四氟乙烯(ptfe)膜的孔中,制成sptfs/ptfe復(fù)合膜用于質(zhì)子交換膜燃料電池(pemfc).并對該復(fù)合膜的吸水率,電導率,機械強度及其裝配的電池性能進行了測試.與其它均質(zhì)膜相比,復(fù)合膜明顯降低了吸水率,同時也降低了電導率,增加了機械強度.在電池溫度為80℃,h2/o2壓力為0.2/0.2mpa條件下,兩種復(fù)合膜裝配電池的性能優(yōu)于nofion115膜.低ew值的復(fù)合膜電池性能優(yōu)于高ew值的電池性能,但電池穩(wěn)定性相對較差.

以熱塑性聚丙烯樹脂(pp),天然鱗片石墨(ng)為主要原料,采用模壓工藝制備了ng/pp復(fù)合雙極板,考察了不同模壓壓力、模壓時間對雙極板性能的影響。

采用nafion/sio2溶液和多孔ptfe薄膜為原料,制備了nafion/sio2/ptfe復(fù)合膜。sem圖片表明:復(fù)合膜具有良好的樹脂填充度;ftir測試表明:sio2被引入到復(fù)合膜中,沒有影響膜的本體結(jié)構(gòu);tg-dta測試表明:復(fù)合膜具有良好的保水性能。充放電測試表明:由于sio2的保水作用,復(fù)合膜在高電流密度時(>0.4a/cm2)具有更好的輸出能力。

質(zhì)子陶瓷膜燃料電池作為固體氧化物燃料電池低溫工作的一種有效途徑而受到了廣泛的關(guān)注.本文介紹了以高溫質(zhì)子導體為電解質(zhì)的質(zhì)子陶瓷膜燃料電池的進展,指出傳統(tǒng)質(zhì)子陶瓷膜燃料電池較差的化學穩(wěn)定性是阻礙其發(fā)展的重要因素.重點評述了近期化學穩(wěn)定性好的高溫質(zhì)子導體電解質(zhì)材料的發(fā)展以及新的摻雜體系對于經(jīng)典baceo3基質(zhì)子導體在化學穩(wěn)定性、電導率和燒結(jié)活性等方面的作用,分析了高溫質(zhì)子導體作為電解質(zhì)材料在質(zhì)子陶瓷膜燃料電池發(fā)展中存在的問題和發(fā)展的方向.

采用檸檬酸-硝酸鹽燃燒法合成了y和nd共摻雜的鈰酸鋇bace0.8y0.15nd0.05o3-δ(bcyn)質(zhì)子導體,并將其與多孔pt電極組裝了乙烷制乙烯共發(fā)電固體氧化物燃料電池(sofc)。多孔pt電極對乙烷脫氫和氧還原均具有很好的催化活性。bcyn質(zhì)子陶瓷電解質(zhì)膜則能夠?qū)㈥枠O的碳氫化合物氣體與陰極的氧隔開,從而避免乙烷的深度氧化而排放出co2溫室氣體并且提高乙烯產(chǎn)物的選擇性。在650℃時,電池的最大功率密度為146mw/cm2,乙烷的轉(zhuǎn)化率為18.6%,選擇性為96.7%,主要副產(chǎn)物為甲烷。

采用模板法和化學鍍相結(jié)合的方法,初步制備了fe-ni/ptfe無機磁性復(fù)合膜,并考察主要影響因素:fe2+/ni2+、ph、反應(yīng)時間、溫度對其單位質(zhì)量磁化率的影響,獲得了制備fe-ni/ptfe的較佳條件。發(fā)現(xiàn)fe2+/ni2+和溶液ph對磁化率的影響比較大,引入外加電場作用后,磁化率明顯增加。

本文以不同孔徑的聚四氟乙烯(ptfe)為基膜,采用化學鍍法分別將ag、pd沉積到ptfe膜孔及膜面上,制得了鍍層均勻、結(jié)合力較好的pd-ag/ptfe復(fù)合膜,并考察了ptfe基膜孔徑對鍍層結(jié)合力的影響,以及化學鍍工藝對金屬鈀沉積速率、復(fù)合膜孔結(jié)構(gòu)和截面電阻率的影響。結(jié)果表明,適當?shù)幕た捉Y(jié)構(gòu)有利于提高鍍層結(jié)合力;ptfe膜經(jīng)化學鍍修飾后,孔徑減小,孔徑分布變窄,孔隙率降低,膜截面電阻率降低106數(shù)量級,且孔徑減小順序與截面電阻率減小順序一致。

文中概述了一些常用的質(zhì)子交換膜材料的結(jié)構(gòu)和性能,從共混、共聚和表面接枝改性等方面對聚砜類膜材料的改性進行了詳細的闡述,并對質(zhì)子交換膜燃料電池的研究與應(yīng)用前景進行了展望。

堿性陰離子交換膜(aem)是堿性陰離子交換膜燃料電池(aemfc)的最重要組成部分,它必須嚴格達到機械、化學和熱力學方面的要求,并能確保跟電極接觸良好,契合不同規(guī)則的電極形狀.本文概述了堿性燃料電池用陰離子交換膜材料的應(yīng)用、分類及發(fā)展趨勢.

采用溶液澆鑄法制備nafion/ptfe復(fù)合膜,測試了復(fù)合膜的含水率、尺寸穩(wěn)定性、機械強度和質(zhì)子電導率,并將其應(yīng)用到固體聚合物電解質(zhì)(spe)水電解中。在制備復(fù)合膜的同時將催化層噴涂到膜的兩側(cè),最后復(fù)合膜與催化層共同結(jié)晶,使其一體化,增強復(fù)合膜與催化層的結(jié)合強度,滿足水電解領(lǐng)域應(yīng)用要求。評價不同厚度nafion/ptfe復(fù)合膜制備的ccm對水電解池性能的影響并與nafion112膜比較。相同操作條件下厚度小于30mm的復(fù)合膜水電解槽電壓低于nafion112,降低水電解能耗和膜成本。