质子交换膜燃料电池关键材料发展现状综述

氢能作为清洁的二次能源,是我国实现“双碳”目标的重要载体。燃料电池作为一种高效的发电技术,已成为氢能利用的主要方式。质子交换膜燃料电池具有反应动力学快、启动温度低等特点,有望成为车载动力装置主要发展方向,但因受催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料成本和性能的制约,距离规模商业化应用仍有一定距离。本文通过对质子交换膜燃料电池关键材料的发展现状及商业化情况进行研究,对比不同产品的优劣势,对未来燃料电池产业的进一步发展提供参考。     

质子交换膜燃料电池核心部件分析

对质子交换膜燃料电池工作原理、结构进行分析,重点对质子交换膜燃料电池的双极板、质子交换膜、电催化剂、膜电极关键部件进行分析研究,质子交换膜燃料电池生产成本高是影响商业化普及的重要原因,未来随着质子交换膜燃料电池技术的进步,生产成本将大幅度降低,有望在汽车产业得到广泛应用。     

质子交换膜燃料电池催化剂研究进展

降低催化剂成本、提高催化剂性能是燃料电池汽车实现商业化的前提。本文结合质子交换膜燃料电池关键材料催化剂的现状,主要从铂基催化剂、其他贵金属催化剂和非铂基催化剂对质子交换膜燃料电池催化剂研究进展和热点进行分析及展望。     

车用燃料电池质子交换膜研究进展

氢燃料电池汽车被认为是真正的环保新能源清洁动力汽车,质子交换膜作为其核心部分,它性能的好坏直接影响着燃料电池的性能与使用寿命。文章介绍了三类质子交换膜的研究情况,并提出静电纺丝技术能够通过控制材料形态来调整材料性能,在质子交换膜生产领域具有广阔的前景;发掘能够多方面提升质子交换膜性能的材料或者将多种填料复合改性将成为质子交换膜领域新的研究方向;为车用质子交换膜领域提供了新思路。     

质子交换膜燃料电池流场强化传质研究进展

质子交换膜燃料电池作为车载新型动力源具有广阔的应用前景而备受关注。流场板是燃料电池的核心部件之一,起分配反应气体、移除水分与杂质和传导电子等作用。目前对质子交换膜燃料电池流场方面的研究,大多针对常规流道进行了尺寸和流场布置方式的优化,部分研究在流道内部添加不同形式的堵块以增强气体传质,或将多孔介质材料应用于流场板,或设计新型的三维网格流场结构,通过此类方式来优化燃料电池的水热管理,强化传质效果以提高燃料电池的性能。本文中对这些研究进行归纳总结,并得出若干结论。     

车用质子交换膜燃料电池膜电极边框研究进展

膜电极边框是膜电极的重要组成部分，随着燃料电池的发展，膜电极边框也越来越受到重视。对目前边框应用的材料进行了总结，将膜电极边框的结构按照使用边框的层数进行了分类，阐述了每种边框结构的封装方式。对边框测试方法进行了综述，对比了不同边框材料的物理性能，分析目前聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）材料成为主流的原因，并对边框不同胶层的耐久性做了试验。试验结果表明，压敏胶层的耐久性能更好。     

车用质子交换膜燃料电池膜电极关键材料与结构设计进展

各国氢燃料电池汽车已逐渐开始商用,但是氢燃料电池成本高、寿命差等问题仍未解决。从材料与结构出发,重点阐述了膜电极关键材料性能要求、研究进展、模拟仿真和重点企业方面内容。研究结果表明超薄高温低湿质子交换膜、高稳定性低铂催化剂以及高透氧离聚物能有效改善燃料电池膜电极的性能,并在当前实践中得到了应用。同时,在总结现阶段氢燃料电池膜电极研究进展的基础上,指出当前膜电极研究中的发展趋势和不足,并为膜电极产品开发和产业化提出了新的发展思路。     

质子交换膜燃料电池系统仿真研究

本文搭建PEMFC系统仿真模型,将空压机、电堆等部件按照物理特性进行抽象化,通过自定义工况进行拉载仿真。研究发现,该模型能够较好地反映出PEMFC系统的动态响应特性,具有较高的准确性,对PEMFC系统控制策略研究以及掌握其中机理有积极推动的作用,有助于改善PEMFC的设计。     

车用质子交换膜燃料电池电堆耐久性问题研究综述

近年来,在国内外研究人员的不懈努力下,燃料电池技术取得了长足的进步。但是,耐久性差和可靠性不足,仍然是阻碍其大规模商业化的重要因素。现阶段针对燃料电池性能衰减问题的研究,从关键组件到核心材料,有很多新的观点、规律和机理,已经得到大家的认可。然而,燃料电池内部微观层面的复杂的结构蠕变和粒子传输特性衰变,依然模糊不清。本文主要介绍了燃料电池的基本原理,以及在典型车载燃料电池工况包括启-停工况、怠速工况、动态负荷工况、额定功率工况和过载工况下的衰减过程机理。这些研究成果的综述,对质子交换膜燃料电池堆耐久性机理研究及耐久工况的设计实施具有重要意义。     

质子交换膜燃料电池系统阳极尾排策略研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有发电效率高、运行温度低、启动速度快、结构简单、可靠性高等优点,基于其优点近几年得到了快速的发展.由于工作时水汽渗透作用,导致阳极惰性气体和水的积累,其长时间无法排出将降低电堆的性能以及使用寿命.文章给出了脉冲式尾排策略的优化方向,可以有效排出尾气,提高燃料利用率,从而保证PEMFC的...     

质子交换膜燃料电池双极板材料及制备综述

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的发展显示出了它成为清洁、高效和可靠电源的潜力。双极板(BP)作为PEMFC的关键部件之一,具有提供电气连接、输送反应气体、消散反应热、去除副产物的作用,但也是制约PEMFC成本的主要因素之一。根据双极板材料的不同可以分为金属双极板、石墨双极板和复合材料双极板,本文综述了双极板材料(金属、无孔石墨和复合材料)及其制备工艺。其中,金属双极板因其优异的机械和物理性能,与无孔石墨及复合材料相比具有较强的成本优势,在乘用车应用中备受关注,但其制造工艺和耐腐蚀性是金属双极板的主要关注点。未来,开发出优良的耐蚀性和导电性涂层或新型的双极板金属材料将极大地促进PEMFC在乘用车领域的应用。     

节温器布置形式对质子交换膜燃料电池电堆冷却性能的影响

运用一维仿真软件建立质子交换膜燃料电池液冷系统模型,研究了不同节温器布置形式对系统的性能影响。对某额定功率30 kW的燃料电池发动机在4个不同工况点进行液冷系统散热特性仿真:在节温器一进两出的布置形式下仿真结果与试验数据基本一致,电堆出口温度仿真值与实测值相对误差分别为0.5%、1.5%、2.4%、4.9%;节温器两进一出的布置形式下液冷系统中冷却液温度变化平缓而均匀,前10 s和第10~50 s之间的温度变化率之差较一进两出形式低36.85%,更有利于电堆的长期高效运行。     

车用质子交换膜燃料电池性能仿真与试验研究

总结了燃料电池极化曲线的半经验公式,利用某80kW质子交换膜燃料电池试验数据来拟合公式中的相关系数,同时利用Matlab/Simulink软件建立了质子交换膜燃料电池堆的仿真模型,为燃料电池发动机系统的仿真和分析提供了一个重要工具。通过此模型可以研究燃料电池电堆的运行参数如气体压力、温度、当量比等对电堆性能的影响,从而有助于研究整个燃料电池发动机系统的性能。     

质子交换膜燃料电池气体扩散层研究进展

气体扩散层(GDL)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要组件,在燃料电池电堆中起到电子传导、反应气体传输、电堆水热管理的作用.近年来,随着质子交换膜燃料电池的开发和应用愈发广泛,气体扩散层的开发已成为加快燃料电池产业落地的关键因素.重点阐述了质子交换膜燃料电池气体扩散层的市场发展、制备技术及工艺优化问题,评价了最新...     

质子交换膜燃料电池发动机热管理研究

论述了质子交换膜燃料电池发动机热管理的重要性以及对电池性能的影响,介绍了热管理系统的设计要求及匹配计算的过程．建立了质子交换膜燃料电池发动机温度模糊控制系统,并通过试验验证,证明其对温度有良好的控制。     

质子交换膜燃料电池汽车冷起动性能的研究

建立了一个质子交换膜燃料电池电堆的冷起动模型,对燃料电池汽车的冷起动性能进行仿真,旨在通过对电堆中不同位置、不同数量的电池进行外部加热,使电堆充分利用自身的热量,以减小冷起动过程中所需的外部加热功率。结果表明,该方法可使电堆中有更多的单电池在冷起动过程中恢复工作,冷起动的时间更短,从而明显有效地提高燃料电池电堆的冷起动性能。     

国内燃料电池电堆技术进展综述

国际氢能与燃料电池汽车大会是国内燃料电池行业举办的国际一流的年度行业盛会,聚集全世界氢能与燃料电池技术的开发者、燃料电池汽车制造商、氢能燃料电池领域投资者和政府政策的制定者,携手促进氢能及燃料电池汽车的商业化发展。本文以第四届氢能与燃料电池汽车大会内容为基础,结合目前行业发展现状对国内燃料电池电堆、膜电极以及双极板的技术进展和发展趋势进行了简要阐述。