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电化学腐蚀对气体扩散层氧传质的影响

材料导报 2022年第20期36卷 124-128页

作者：洪亢朱凯刘声楚李赏潘牧武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 武汉理工大学燃料电池湖北省重点实验室武汉430070 先进能源科学与技术广东省实验室佛山分中心(佛山仙湖实验室) 广东佛山528200

通过离线加速实验对气体扩散层进行了不同时间的电化学腐蚀,并且利用极限电流密度来评估电化学腐蚀对气体扩散层氧气传输阻力的影响。结果表明,经过电化学腐蚀后,气体扩散层的干区明显变窄,氧传质阻力显著增大,在相对压力为150 kPa、氧... 详细信息

通过离线加速实验对气体扩散层进行了不同时间的电化学腐蚀,并且利用极限电流密度来评估电化学腐蚀对气体扩散层氧气传输阻力的影响。结果表明,经过电化学腐蚀后,气体扩散层的干区明显变窄,氧传质阻力显著增大,在相对压力为150 kPa、氧摩尔分数为21%时,经过48 h和72 h电化学腐蚀的气体扩散层的氧传质阻力分别约增大了61.82 s/m、95.62 s/m。采用扫描电镜研究了气体扩散层的形貌变化,通过接触角的变化分析了加速电化学腐蚀后气体扩散层水管理能力下降的原因。

关键词：质子交换膜燃料电池气体扩散层电化学腐蚀氧传质阻力

质子交换膜燃料电池气体扩散层改性及其氧传质性能研究

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武汉理工大学学报 2019年第3期41卷 1-6页

作者：庞进朱从懿李赏潘牧武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 武汉理工大学燃料电池湖北省重点实验室武汉430070

通过电化学表面沉积的方法在碳纤维表面沉积一层有导电性的1,5-二氨基蒽醌(PDAAQ),再经过高温热处理,在碳纤维表面形成PDAAQ包覆层,制备了一种新型的质子交换膜燃料电池气体扩散层。由改性后的气体扩散层装配的单电池在铂载量为0.5mg/cm... 详细信息

通过电化学表面沉积的方法在碳纤维表面沉积一层有导电性的1,5-二氨基蒽醌(PDAAQ),再经过高温热处理,在碳纤维表面形成PDAAQ包覆层,制备了一种新型的质子交换膜燃料电池气体扩散层。由改性后的气体扩散层装配的单电池在铂载量为0.5mg/cm^(2)的情况下最高电流密度可以达到3800mA/cm^(2),功率密度达到1.62W/cm^(2),超出了丰田Mirai车和我国重点研发计划的指标要求。通过SEM观察到PDAAQ在碳纤维表面均匀的包覆,除了提供疏水性外还保证了一定的孔隙度。氧传质阻力研究结果证明,经过PDAAQ改性后的基底层有着更低的氧传质阻力,保证了这种经过结构改性的气体扩散层在高电流密度仍然有着良好的性能。

关键词：质子交换膜燃料电池电化学沉积气体扩散层氧传质阻力

质子交换膜燃料电池气体扩散层传质耐久性研究

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质子交换膜燃料电池气体扩散层传质耐久性研究

作者：庞进武汉理工大学

学位级别：硕士

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的耐久性问题依然是阻碍其进一步应用的关键因素。气体扩散层(GDL)作为PEMFCs的核心组件膜电极(MEA)的重要组成部分,通常由基底层(substrate)和微孔层(MPL)两部分组成,是燃料电池的水管理中心,其最重要的作... 详细信息

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的耐久性问题依然是阻碍其进一步应用的关键因素。气体扩散层(GDL)作为PEMFCs的核心组件膜电极(MEA)的重要组成部分,通常由基底层(substrate)和微孔层(MPL)两部分组成,是燃料电池的水管理中心,其最重要的作用是使气态反应物从流道均匀地向催化剂层移动,此能力与氧传质阻力紧密相关。同时,GDL的另一个重要功能是以一定的速度排出阴极产生的水,避免在大电流密度下阴极催化层发生水淹。另一方面,也要避免因失水过多而导致的膜和CL的过度干燥,从而降低燃料电池的离子电导率,增加燃料电池的内阻。在长时间的耐久性试验中,GDL这些功能的衰退特别是氧传质阻力的变化是单电池在高电流密度下性能下降的关键因素。本文的主要研究内容如下:(1)质子交换膜燃料电池耐久性失效分析及其对气体扩散层氧传输的影响:在恒电流密度为800 mA/cm条件下进行了1465小时的在线单电池耐久性实验。用极化曲线、循环伏安曲线和电化学阻抗谱等测试手段诊断和了解了测试过程中单电池的性能变化。以极限电流为工具对GDL在耐久性试验前后的总氧传质阻力(R)进行了区分和计算。此后用扫描电镜和接触角测量仪对GDL的表面形貌和疏水性进行了表征。结果表明GDL是导致燃料电池失效的第一组分;R-I曲线表明经过1465小时耐久性测试后,GDL的基底层和微孔层的氧传质阻力明显增大,干区变窄,这意味着气体扩散层水管理能力的丧失。扫描电镜和疏水性分析表明,这可能是由于气体扩散层中碳的氧化和聚四氟乙烯的损失所致。(2)以极限电流为工具分析相对加湿度对扩散层耐久性的影响:在恒定电流密度为800 mA/cm,相对加湿度(RH)为70%和100%条件下分别进行了2040和1465小时的在线耐久性实验。采用极限电流法分析了气体扩散层(GDL)耐久性试验前后的氧传输阻力,发现两次耐久性试验后电池的极限电流密度均发生下降,即氧传质阻力增大了,但是后者变化远远大于前者。SEM和疏水性分析也表明虽然单电池在100%RH老化时间比70%RH下少了近600小时,但是前者的GDL水管理能力较后者明显下降更多,有严重的水淹发生,而70%RH下虽然单电池运行了2040小时,但是电池的水管理能力仅略微下降。

关键词：质子交换膜燃料电池气体扩散层耐久性氧传质阻力

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亚硝酸型SND工艺中DO的选择

重庆建筑大学学报 2003年第5期25卷 75-77页

作者：谢有奎颜强后勤工程学院军事建筑与环境工程系重庆400041 重庆大学建筑设计院重庆400045

为了准确、快捷地选定亚硝酸型同时硝化/反硝化生物脱氮工艺(简称亚硝酸型SND工艺)的最适宜溶解氧浓度(DO)并优化该工艺的控制过程,探讨了最佳DO的影响因素及操作过程中DO的选择方法。由于氨氮浓度、有机物浓度、氧传质阻力和构筑物类... 详细信息

为了准确、快捷地选定亚硝酸型同时硝化/反硝化生物脱氮工艺(简称亚硝酸型SND工艺)的最适宜溶解氧浓度(DO)并优化该工艺的控制过程,探讨了最佳DO的影响因素及操作过程中DO的选择方法。由于氨氮浓度、有机物浓度、氧传质阻力和构筑物类型等许多操作条件对DO的影响非常复杂,对其研究还不广泛和深入,目前DO的选择一般参照经验值或通过现场试验研究来确定。

关键词：亚硝酸型SND 生物脱氮有机物浓度 DO 氧传质阻力