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质子交换膜电解制氢膜电极制备技术研究进展

电源技术 2024年第7期48卷 1206-1211页

作者：朱玉婷叶青邓占锋宋小云北京智慧能源研究院北京102209 国网智能电网研究院有限公司北京102209

膜电极(MEA)是质子交换膜(PEM)电解堆的核心,是物质传输和电化学反应的场所,直接决定电解堆的性能、成本和寿命。综述了PEM电解制氢膜电极的制备方法,主要包括:多孔传输层表面制备催化层(PTE)、质子交换膜表面制备催化层(CCM)、有序化... 详细信息

膜电极(MEA)是质子交换膜(PEM)电解堆的核心,是物质传输和电化学反应的场所,直接决定电解堆的性能、成本和寿命。综述了PEM电解制氢膜电极的制备方法,主要包括:多孔传输层表面制备催化层(PTE)、质子交换膜表面制备催化层(CCM)、有序化制备法(OME)及直接膜沉积法(DMD)。PTE工艺可避免质子膜溶胀,但对传输层孔隙结构要求较高;CCM工艺过程简单,具有良好的催化层/膜界面,但电极极化损失高、物质传输性能较低;OME工艺具有良好的导电性及物质传输通道,有助于增加三相界面;DMD工艺可改善催化层与质子膜界面,自由调节膜厚,提升膜电极的性能并降低成本。

关键词：膜电极 PTE型膜电极 CCM型膜电极 OME型膜电极 DMD型膜电极

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PEM电解水制氢膜电极涂布工艺

电源技术 2024年第2期48卷 211-217页

作者：路文龙韩坤坤吴亮上海氢器时代科技有限公司上海200245

质子交换膜(PEM)电解水制氢用膜电极卷对卷连续涂布工艺是目前研究的热点,同时也是限制膜电极量产化及国产化的制约因素之一。基于国产膜电极的批量化制备,分析了目前卷对卷连续涂布工艺的系统,介绍了涂布设备的构成及基本原理。在涂布... 详细信息

质子交换膜(PEM)电解水制氢用膜电极卷对卷连续涂布工艺是目前研究的热点,同时也是限制膜电极量产化及国产化的制约因素之一。基于国产膜电极的批量化制备,分析了目前卷对卷连续涂布工艺的系统,介绍了涂布设备的构成及基本原理。在涂布过程中,催化剂浆料是影响产品性能及均匀性的重要因素;介绍了涂布工艺中的缺陷问题及优化方向。从设备装置,浆料配制工艺,工艺参数调试等方面综合解决目前涂布工艺中的产品缺陷问题,减少批量化生产工艺中的质量缺陷和性能缺陷,提高生产效率的同时降低电解水制氢的成本。

关键词：质子交换膜电解水制氢膜电极涂布催化剂浆料

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固定式发电燃料电池膜电极性能衰减分析

电池工业 2024年

作者：马勍吕青青蔡信徐雨濛沈妍贺丹丹雷鹏飞京能源深(苏州)能源科技有限公司江苏铧德氢能源科技有限公司江苏科技大学机电与动力工程学院

本文对天然气重整制氢型固定式发电用燃料电池堆进行时长为1.9万h的耐久测试，并对衰减前后的膜电极的电化学特性，微观结构变化，催化剂成分变化进行研究。研究结果表明：经过耐久性测试后的电堆膜电极电压衰减27.6%，电堆输出功率显... 详细信息

本文对天然气重整制氢型固定式发电用燃料电池堆进行时长为1.9万h的耐久测试，并对衰减前后的膜电极的电化学特性，微观结构变化，催化剂成分变化进行研究。研究结果表明：经过耐久性测试后的电堆膜电极电压衰减27.6%，电堆输出功率显著下降，抗CO能力降低。质子交换膜变薄，催化剂流失，催化剂中Pt和Ru含量显著下降，催化剂层出现开裂、坍塌现象。催化剂粒径由5～6nm增长至8～10nm，并且出现直径约100nm的催化剂团聚颗粒。催化剂流失和微观结构变化是燃料电池电化学性能衰减的重要原因。

关键词：固定式发电燃料电池膜电极微观结构催化剂

催化剂涂覆膜电极工艺在燃料电池膜电极制备中的应用和发展

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信息记录材料 2024年第6期25卷 45-48,51页

作者：夏国锋徐东红方帅男上海唐锋能源科技有限公司上海200241 乐凯医疗科技有限公司河北保定071052

当前,氢能的推广和应用正在引领新的绿色能源技术革命和投资热潮,而电解水制氢和燃料电池作为重要的氢能转换方式和装置,其核心部件—膜电极的品质高低直接影响氢能的转换效率和系统设备的寿命,而膜电极的品质却直接受生产设备和工艺的... 详细信息

当前,氢能的推广和应用正在引领新的绿色能源技术革命和投资热潮,而电解水制氢和燃料电池作为重要的氢能转换方式和装置,其核心部件—膜电极的品质高低直接影响氢能的转换效率和系统设备的寿命,而膜电极的品质却直接受生产设备和工艺的影响。本文重点介绍了燃料电池膜电极生产过程中4种涂布设备的工作原理,4种设备各有特点,其中喷涂工艺和刮涂工艺适合实验研究或者产品小批量开发,丝网印刷法适合高黏度浆料,狭缝涂布法更适合高精度批量化生产。

关键词：膜电极喷涂刮涂丝网印刷狭缝式涂布氢能

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车用质子交换膜燃料电池膜电极边框研究进展

汽车文摘 2024年第1期 21-25页

作者：韩凯凯高佳武赵航东风汽车集团有限公司技术中心武汉430000

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... 详细信息

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。

关键词：质子交换膜燃料电池膜电极边框燃料电池汽车

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燃料电池膜电极失效原因及机理分析

能源与节能 2024年第3期 44-46,54页

作者：石锟上海捷氢科技股份有限公司上海201800

质子交换膜燃料电池的寿命与其核心部件质子交换膜的耐久性密切相关。为了探究影响膜电极耐久性的主要因素,采用扫描电子显微镜、 X射线荧光光谱仪、弹性模量测试等方法,对工况耐久循环后的失效膜电极进行了分析。结果表明,质子交换膜... 详细信息

质子交换膜燃料电池的寿命与其核心部件质子交换膜的耐久性密切相关。为了探究影响膜电极耐久性的主要因素,采用扫描电子显微镜、 X射线荧光光谱仪、弹性模量测试等方法,对工况耐久循环后的失效膜电极进行了分析。结果表明,质子交换膜树脂层脱落、增强层变形是导致膜电极窜漏失效的主要原因。进一步测试结果显示,膜电极中过渡金属元素局部富集,且其弹性模量在横向和纵向分别衰减了14%和25%。基于表征数据,深入研究了质子交换膜的失效机理,并提出了后续改进迭代方向。

关键词：燃料电池膜电极失效原因衰减机理

氢燃料电池装堆压力与膜电极变形规律仿真研究

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氢燃料电池装堆压力与膜电极变形规律仿真研究

Co_(3)O_(4)纳米阵列电催化膜电极及其处理难降解废水耦合产氢性能研究

北京力学会第30届学术年会

作者：李浩男吴奇北京工业大学力学系

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)装堆过程中,膜电极(MEA)受压变形情况,对电堆性能有重要影响。为了分析MEA变形过程,建立双极板-膜电极简化三维模型,通过有限元法分析不同装配压力下单流道MEA的形变和应力分布情况,研究装配压力对MEA形变... 详细信息

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)装堆过程中,膜电极(MEA)受压变形情况,对电堆性能有重要影响。为了分析MEA变形过程,建立双极板-膜电极简化三维模型,通过有限元法分析不同装配压力下单流道MEA的形变和应力分布情况,研究装配压力对MEA形变的影响,给出优化指导。

关键词：质子交换膜燃料电池(PEMFC) 膜电极气体扩散层装配压力有限元法

来源： cnki会议评论

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Science China Materials 2023年第2期66卷 651-663页

作者：殷昭慧张琨马娜刘晰尹振王虹杨雪王晔秦学涛成丹阳郑玉梅王丽丽李建新徐宗伟唐娜程博闻肖德泉马丁 Tianjin Key Laboratory of Brine Chemical Engineering and Resource Eco-utilization College of Chemical Engineering and Materials ScienceTianjin University of Science and TechnologyTianjin 300457China State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instruments Centre of MicroNano Manufacturing TechnologyTianjin UniversityTianjin 300072China School of Chemistry and Chemical Engineering -Center for Physical ScienceShanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China SynCat@Beijing Synfuels China Technology Co.Ltd.Beijing 101407China State Key Laboratory of Separation Membranes and Membrane Processes Separation Membrane Science and Technology International Joint Research CentreTiangong UniversityTianjin 300387China Beijing National Laboratory for Molecular Sciences College of Chemistry and Molecular EngineeringPeking UniversityBeijing 100871China Center for Integrative Materials Discovery University of New HavenWest HavenCT 06516USA

传统电化学高级氧化技术存在有机物降解效率不高、能耗大的弊端,并且平板式电极表面存在滞止边界层,严重限制了传质过程.本工作中,我们首先通过水热方法将一维Co_(3)O_(4)纳米针状阵列结构原位负载于金属钛膜电极,低压电场下,实现难降... 详细信息

传统电化学高级氧化技术存在有机物降解效率不高、能耗大的弊端,并且平板式电极表面存在滞止边界层,严重限制了传质过程.本工作中,我们首先通过水热方法将一维Co_(3)O_(4)纳米针状阵列结构原位负载于金属钛膜电极,低压电场下,实现难降解有机物的去除,其中:对于苯酚的去除率可达≥99%,化学需氧量(COD)和总有机碳(TOC)去除率分别为99.5%和92.5%,电流效率为88.7%,能耗仅为0.061 kW h(kg COD)^(-1).Co_(3)O_(4)纳米针的阵列式膜电极可以提供更多的CoOOH活性位,增强电场强度,而且其穿透式流体模式导致强化对流,可以明显地改善电催化反应过程的传质,因而提高膜电极的催化效率,降低能耗.最后,我们设计了H型电催化膜反应器,耦合阴极的析氢反应,降解有机物的同时制备纯氢,极大地提高了电极和膜反应器的效率.

关键词：有机物降解难降解废水电催化反应膜电极电化学高级氧化技术膜反应器电场强度平板式

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用于先进聚合物电解质水电解槽的膜电极工程

Science China Materials 2022年第12期65卷 3243-3272页

作者：刘鹤鸣康馨赵泰沣张致远葛诗玉胡书萁罗雨婷杨丰宁李少海孙成华余强敏成会明刘碧录 Shenzhen Geim Graphene Center Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute&Institute of Materials ResearchShenzhen International Graduate SchoolTsinghua UniversityShenzhen 518055China Department of Electrical and Computer Engineering University of Toronto35 St.George St.TorontoOntario M5S 1A4Canada Department of Physics University of OxfordClarendon LaboratoryParks RoadOxfordOX13PUUK Department of Chemistry and Biotechnology and Center for Translational AtomaterialsSwinburne University of TechnologyHawthornVIC 3122Australia Shenyang National Laboratory for Materials Science Institute of Metal ResearchChinese Academy of SciencesShenyang 110016China Faculty of Materials Science and Engineering Institute of Technology for Carbon NeutralityShenzhen Institute of Advanced TechnologyChinese Academy of SciencesShenzhen 518055China

作为碳中和的重要能源载体,利用可再生能源电解水制取的“绿色氢能”受到了全世界的关注.聚合物电解质水电解槽因其优越的性能,有望成为未来绿色制氢市场的主流.当前,聚合物电解质水电解槽的发展受到膜电极发展缓慢的制约.膜电极是聚合... 详细信息

作为碳中和的重要能源载体,利用可再生能源电解水制取的“绿色氢能”受到了全世界的关注.聚合物电解质水电解槽因其优越的性能,有望成为未来绿色制氢市场的主流.当前,聚合物电解质水电解槽的发展受到膜电极发展缓慢的制约.膜电极是聚合物电解质水电解槽的重要组成部分,在很大程度上决定了水电解槽系统的成本和性能.因此,必须从降低成本和提高性能方面对膜电极组件进行优化,以促进其发展.在这篇综述中,我们首先讨论了膜电极材料的最新进展及现有的设计策略,包括催化剂的成本、活性和稳定性、离聚物的分布和厚度以及离子交换膜的离子传输效率.然后分析了所有组分和层间界面对膜电极中离子、电子和物质传输的影响,以及对电解槽性能的影响.最后,本论文就催化剂活性、离子交换膜稳定性、相邻组分之间的界面以及性能评估方法等方面提出了相关建议和展望.

关键词：离子交换膜水电解槽物质传输聚合物电解质电解水膜电极可再生能源能源载体