硼氢化钠-质子交换膜燃料电池的研究发展趋势

对硼氢化钠-质子交换膜燃料电池的国内外近期研究进行了综述,重点分析了硼氢化钠水解制氢用催化剂的制备、性能、水解制氢副产品再生和硼氢化钠-质子交换膜燃料电池系统的装置设计,提出了多组分合金化与多孔结构化催化剂的研究思路,强调了硼氢化钠-质子交换膜燃料电池系统研制的必要性和迫切性.

固体氧化物燃料电池电化学特性分析

对固体氧化物燃料电池的理想电势及有效电势进行理论分析,利用有关最新发表的活化超电势、欧姆超电势和传质超电势的计算公式,对有效电势和超电势进行了计算,探讨了工作温度和燃料中水蒸汽含量对有效电势的影响.研究发现,温度对SOFC有较大影响,在电流密度较高时,工作温度越高SOFC的有效电势就越高;燃料氢气中水蒸气的含量对SOFC的理想电势和超电势都有影响,共同作用下,SOFC燃料中较小的水蒸汽含量可获得较大的有效电势.

燃料电池甲醇重整制氢研究进展

阐述了燃料电池中甲醇重整制氢的现实意义,对甲醇重整催化剂和重整器的研制与开发进行了综述.评述了甲醇分解、甲醇水蒸气重整和甲醇氧化重整催化剂的研究情况.根据燃料电池上甲醇重整器的技术要求,介绍了用于甲醇重整制氢的管式、板式和微反应器.开发高效催化剂和研制低温快速启动、自供热的小型甲醇重整器是实现甲醇重整制氢用于燃料电池的研究方向.

二甲醚在燃料电池中的应用现状

分别从直接二甲醚(DME)燃料电池(DDFC)、以DME为燃料的固体氧化物燃料电池(SOFC)和DME重整制氢用于燃料电池等研究方向,介绍了DME在燃料电池中的应用现状.

硼氢化钠在聚合物电解质膜燃料电池中的应用

间接硼氢化钠燃料电池(B-PEMFC)的氢源具有储氢效率高、长期存储稳定、制氢速率可控、水解产物环境友好及副产物偏硼酸钠(NaBO2)可回收利用等优点,但存在硼氢化钠(NaBH4)价格高、水解催化剂寿命短、NaBO2结晶析出和水热管理等问题;直接硼氢化钠燃料电池(DBFC)具有能量密度和开路电压较高、阳极催化剂价格低以及结构简单的优点,但存在BH-4在阳极水解和渗透的问题.

燃料电池上甲醇水蒸气重整制氢研究进展

介绍了燃料电池电动车的研究与发展,评述了在燃料电池上甲醇水蒸气重整制氢的现实意义.重点讨论了甲醇水蒸气重整制氢催化剂体系:铜系催化剂和贵金属系催化剂.详细介绍了铜系催化剂的开发研究现状,铜系催化剂的活性组分,以及制备工艺、活化条件、反应状况和催化剂的物理结构等因素对铜系催化剂性能的影响.阐述了贵金属催化剂的研究现状以及甲醇水蒸气重整制氢新型催化剂的开发.评述了甲醇水蒸气重整制氢的反应机理和反应动力学的研究现状.

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.

质子交换膜燃料电池堆电气性能试验研究

对5 kW质子交换膜燃料电池(PEMFC)电堆的电压一电流特性、温度特性、压力特性、反应气体计量比特性等进行了测试.并从电化学热力学和动力学两个角度初步分析了各运行参数对电堆性能的影响机理.试验表明,适当升高温度和反应气体压力有利于改善PEMFC电堆的性能,氢气、空气计量比分别为1.2和2.5时,该电堆性能最好.

浆料旋涂法制备YSZ薄膜燃料电池研究

用浆料旋涂法在NiO-YSZ(氧化钇稳定的氧化锆)阳极支撑体上制备了一层11.5 μ m厚的致密YSZ薄膜.在薄膜上制备了Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)浸渍的La0.7Sr0.3MnO3(LSM)复合阴极.以氢气为燃料,阴极暴露在静态空气中,单电池在700、750、800 ℃的最大比功率分别为691、898、1 118 mW/cm2.当阴极通入50 mL/min的氧气时,单电池在800 ℃的最大比功率比空气气氛下的性能高出84%,达到2 057 mW/cm2,在中温区达到优异的性能.

直接硼氢燃料电池

直接硼氢燃料电池(DBFC),是一种新型的高比能便携式电源.它越过了制氢步骤,直接以硼氢化钠碱溶液作为电池的负极燃料,其电池电势(1.64 V)及理论比能量(9 300 Wh/kg NaBH4)均高于直接甲醇燃料电池.介绍了DBFC的基本工作原理,并结合其研究进展情况对DBFC中的关键性技术进行了探讨.

硼氢化钠水解给PEMFC供氢的研究

硼氢化钠因具有较高的理论储氢密度(10.7%)、可长期稳定储存、水解过程温和,并且规模可以根据用户需要而调整、全过程环境友好等优点,其水解制氢可作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)供电系统的在线氢源,是近年来被广泛关注的制氢技术.使用自制的水解制氢催化剂及制氢装置,研究了硼氢化钠水解氢气对PEMFC单电池以及电堆性能的影响,发现在试验条件下该制氢装置给小功率(<60W)PEMFC供氢时,电池性能与气瓶供氢时基本相同;而给较大功率(如500 W)PEMFC供氢时,电池逐渐被毒化,性能远低于使用纯氢时且性能不可恢复.

组合流场PEM燃料电池的性能比较

运用燃料电池测试系统测得两种流道组合而成的四种流场(两种单一流场与两种混合流场)的PEM燃料电池的某些性能参数,并做出V-I曲线.在相同的操作参数下,比较了单一流场之间、混合流场之间以及单一流场与混合流场之间的性能差异,详细说明了四种流场的PEM燃料电池性能差异的原因.实验结果分析得出:阳极蛇形/阴极蛇形流道组成的蛇形流场PEM燃料电池性能最好,阳极直流道/阴极蛇形流道组成的混合流场性能其次,阳极蛇形流道/阴极直流道组成的混合流场性能再次,阳极直流道/阴极直流道组成的直流场PEM燃料电池性能最差;氢气流量变化对阳极直流道/阴极蛇形流道组成的混合流场PEM燃料电池性能影响明显,对阳极蛇形流道/阴

PEMFC用PTFE-Nafion复合质子交换膜研究

采用喷涂方法将Nation溶液与溶剂的混合溶液涂敷在微孔PTFE膜上,制备了PTFE-Nation复合膜.用复合膜制备了"三合一"膜电极并组装了电池堆进行测试.使用SEM、交流阻抗仪等仪器对复合膜进行测试分析.结果表明:复合膜的氢气透过率在10~(-8)～10~(-9) kPa·cm·S之间;与Nation212膜相比,复合膜具有更小的面电阻;PTFE基膜、Nation载量以及表面活性剂等对复合膜性能有显著影响.采用复合膜制备"三合一"膜电极的电池在放电电压0.6 V下电流密度达到1.1 N/cm~2,优于用Nation 212膜制备的膜电极.

以重整气为燃料气的PEMFC电堆性能

与使用氢气为燃料气相比,以重整气作为质子交换膜燃料电池的燃料气可以避免氢气储存与运输的不便,更可以增加PEMFC的适用场合和范围.研究了常压与加压条件下重整气中N_2和CO_2组分对PEMFC电堆的影响,结果表明N_2和CO_2主要是降低了H_2的分压,对电池性能影响较小.针对CO组分,研究比较了阳极注氧和外部净化对电池抗CO能力的影响,结果表明这两种方法都有明显的抗CO效果,相比之下外净化的效果更佳.同时,考察了电堆在重整气氛围下的稳定性,进行了1 500 h的寿命实验,实验结果显示电压衰减速度为19.21 μV/h.

基于Microindentation的PEM燃料电池垫片材料机械性能评估

质子交换膜(PEM)燃料电池需要弹性体垫片来密封阳极和阴极的反应气体(氧气和氢气),垫片材料机械性能的稳定性对燃料电池操作及其性能至关重要.采用Microindentation方法研究了PEM燃料电池弹性体垫片材料(硅橡胶弹性体材料)的机械性能.实验研究了试样的加载和卸载行为,基于Hertz接触理论研究了弹性体垫片材料的变形行为,获得了材料的弹性模量、硬度和迟滞损失能.同时,采用有限元方法分析了试样在加载情况下的应力分布.结果表明,本研究所用的Microindentation技术及其分析方法为PEM燃料电池垫片材料机械性能评估提供了一种简单有效的方法.

燃料电池汽车氢气管理系统测试平台的构建

首先简要介绍燃料电池汽车氢气管理系统(HMS)的功能和基本构成;接着详细介绍了基于NI虚拟仪器的氢气管理系统测试平台的硬件架构及其工作原理,并围绕氢气管理系统的状态转换功能测试、安全策略测试以及其他基本功能测试等三个方面给出了测试平台的软件设计,提出测试结果的评判标准;最后,利用测试平台对氢气管理系统进行了实际测试,验证了测试平台的有效性.

质子交换膜燃料电池燃料饥饿现象

燃料饥饿的发生,将加速质子交换膜燃料电池(PEMFC)的衰减,降低电池的寿命.在燃料饥饿条件下,采用分式结构电池,对其电压、电极电势、电流分布及局部界面电势随时间的响应情况进行了在线测量.实验结果表明在燃料饥饿条件下,电池阳极侧出现"真空效应",公用管路内燃料气被倒吸进电池阳极,延缓了电池的死亡.公用管路内气体氢浓度越低,电池衰减越快.在此过程中,电池阳极中间区域局部界面电势首先上升,相应的阳极电势也逐渐升高;同时,电池中间区域电流下降,电流分布差异增大,阴极极化增大,电势相应下降.这表明电池运行过程中,气体中所含杂质在电池阳极的积累,使得电池阳极腔内氢气浓度逐渐下降并最终引起电池死亡.

流道结构和几何尺寸对燃料电池性能影响的实验研究

流场板是质子交换膜燃料电池重要部件之一.本文对以氢气和氧气作为反应气体的质子交换膜电池的极化曲线进行了实验测定,研究了不同流场板结构、流场板深度和宽度对电池性能的影响.研究发现采用组合流道的电池性能最佳.

微型氢气/空气自呼吸式质子交换膜燃料电池

数码相机、手提电脑和移动电话等各种新型的电子产品对电池的能量要求越来越高.例如,配备最新的Li离子电池的数码相机只能连续工作30 min,手提电脑只运行3 h.显然传统电池的发展已越来越不能满足便携式电子设备的用电需求.微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC)由于具有高比能量、无需充电和无自放电等优点,在便携式电子设备中具有广阔的应用前景.然而,用传统技术制作μPEMFC不能适应PEMFC微型化要求.因此基于微机电系统(MEMS)技术的微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC)已成为国际上的研究热点.2000年,Kelley等[1]基于MEMS技术制作了μPEMFC,随后又在30℃,用加湿氢气作燃料

车用燃料电池在线故障诊断及处理方法

针对车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)在运行过程中由于水管理和热管理不当导致的水淹和膜脱水故障的问题,提出了一种燃料电池在线故障诊断方法.通过实验研究了水淹和膜脱水发生过程中燃料电池堆参数的变化,发现燃料电池水淹发生过程中氢气侧压力降会比正常情况下的值大并具有可分辨性,在燃料电池膜脱水的情况下,燃料电池的欧姆阻抗明显增大,据此建立了结合压力降预警水淹和阻抗诊断缺水的燃料电池在线故障诊断方法,并给出了通过热管理手段自动解决故障的方法,从而可增强燃料电池运行的可靠性.

NiO/YSZ浆料凝胶固化、干燥、排胶及烧结工艺研究

采用凝胶注模工艺制备固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极材料NiO/YSZ是目前的研究热点之一.本文主要研究了凝胶注模工艺中引发剂和催化剂的加入量对凝胶固化时间的影响,干燥温度对坯体失重的影响,固相含量、造孔剂的种类及用量对瓷体收缩率的影响,并对还原后瓷体的电性能进行了表征.采用SEM、EDS方法分析表征样品.实验结果表明:在实验选定的100 mL浆料中,浓度为5wt%引发剂的加入量为2.0 mL,浓度为0.5vol%催化剂的加入体积量为1.0 mL,凝胶时间可以控制在20 min以内.NiO/YSZ阳极材料最佳干燥温度是25 ℃,固相含量为45vol%、采用15wt%石墨作为造孔剂,在1350

阳极孔隙率对固体氧化物燃料电池性能影响的数值分析

基于商用计算流体动力学软件及开发的燃料电池多孔介质内多组分流动和扩散、传热传质、电化学反应、电流场等复杂的物理过程的计算程序,对采用不同孔隙率阳极的平板式阳极支撑固体氧化物燃料电池(planar-electrode-support solid oxide fuel cell,PES-SOFC)的性能进行数值计算,得到不同阳极孔隙率下单电池内部各气体组分浓度、温度、电势、电流、电流密度等参数的分布.由计算结果可知,在阳极孔隙率为0.3～0.4之间时,以氢气为燃料的该类型SOFC单电池表现出较好的气体扩散和电流传导特性,相应输出电压也较高.

燃料电池发动机水热管理系统设计研究

介绍了质子交换膜燃料电池的工作原理与特点,分析了保持燃料电池内部水平衡和热平衡的必要性,根据东风电动汽车有限公司25 kW燃料电池发动机的设计参数,计算出空气和氢气的加湿量及电堆的散热量,设计出了一套有效的燃料电池发动机水热管理系统方案.

质子交换膜燃料电池系统的设计及计算

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统的设计及计算,根据华南理工大学50 kW燃料电池电站的设计参数,计算了供气量及空气和氢气加湿量,提出了一整套详细的包括供气系统、加湿系统、水热管理系统、安全控制系统在内的燃料电池电站设计方案.

5 kW氢—空质子交换膜燃料电池系统设计研究

介绍了5 kW氢-空质子交换膜燃料电池系统的基本组成原理,对该系统重要组成部分(包括反应气供给系统、水/热管理系统、控制及安全系统)进行了功能分析和系统设计.所设计的系统中,反应气供给系统由燃料(氢气)供给子系统及氧化剂(空气)供给子系统组成,水/热管理系统由加湿子系统及冷却子系统组成,并给出空气量、氢气量及加湿量的详细计算方法,为5 kW氢-空质子交换膜燃料电池系统设计提出适应性解决方案.