质子交换膜燃料电池的基本结构主要由质子交换膜、催化剂层、扩散层、集流板(又称双极板)组成。聚合物电解质膜被碳基催化剂所覆盖,催化剂直接与扩散层和电解质两者接触以求达到较大的相互作用面。催化剂构成电极,在其之上直接为扩散层。电解质、催化剂层和气体扩散层的组合被称为膜片-电极组件。质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池的主要部件,是一种厚度只为50~180um的薄膜片,其微观结构非常复杂。它为质子传递提供通道,同时作为隔膜将阳极的燃料与阴极的氧化剂隔开,其性能好坏直接影响电池的性能和寿命。燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。哪里可以查到高成绿能如何看待Fumatech膜
质子交换膜的电催化剂按作用部位可分为阴极催化剂和阳极催化剂两类。质子交换膜燃料电池的阳极反应为氢的氧化反应,阴极为氧的还原反应。因氧的催化还原作用比氢的催化氧化作用更为困难,所以阴极是较关键的电极。对催化剂的要求是足够的催化活性和稳定性,阳极催化剂还应具有抗CO中毒的能力,对于使用烃类燃料重整的质子交换膜燃料电池系统,阳极催化剂系统尤其应注意这个问题。电催化剂按照使用金属可分为铂系和非铂系电催化剂两类。由于质子交换膜燃料电池的工作温度低于100℃,目前只有贵金属催化剂对氢气氧化和氧气还原反应表现出了足够的催化活性。现在所用的较有效催化剂是铂或铂合金催化剂,它对氢气氧化和氧气还原都具有非常好的催化能力,且可以长期稳定工作。谁能告知考特利尔用多少Fumatech膜电化学法处理含酚废水过程中,重力环境下和重力搅拌环境下电极表面有气泡富集、废水中有气泡分散。
质子交换膜的流场板一般是指按一定间隔开槽的石墨板,开的槽子就是流道,在槽子之间形成流道间隔。流场的作用是引导反应气体的流动方向,确保反应气体均匀分配到电极各处,并经扩散层到达催化层进行电化学反应。在常见的质子交换膜燃料电池中,有的流场板与双极板是分体的,如网状流场板等;有的流场板与双极板是一体的,如点状流场和部分蛇形流场板等,与双极板一体的流场除了具有上述流场板的功能以外,还要兼顾双极板的作用。为提高电池反应气体的利用率,通常排放尾气越少越好,流场设计得好坏直接影响电池尾气的排放量。
电堆运行时,质子交换膜需要保持一定的湿度,反应生成的水需要排除。不同形态的水的迁移、传输、生成、凝结对电堆的稳定运行都有很大影响,这就产生了发电系统的水、热管理问题。通常情况下,电堆均需使用复杂的纯水增湿辅助系统用于增湿质子交换膜,以免电极“干死”(质子交换膜传导质子能力下降,甚至损坏);同时又必须及时将生成的水排出,以防电极“淹死”。由于发电机的运行温度一般在80℃左右,此时发电机的运行效能较好,因此反应气体进入电堆前需要预加热,这一过程通常与气体的加湿过程同时进行;电堆发电时产生的热量将使电堆温度升高,必须采取适当的冷却措施,可以保持发电机电堆工作温度稳定。这些通常用热交换器与纯水增湿装置进行调节,并用计算机进行协调控制。质子交换膜具有质子电导率高和化学稳定性好的优点。
质子交换膜制作双极板的材料为降低成本,改进加工性能,开发出了模铸石墨双极板。模铸石墨双极板制备简单,但模铸双极板的导电性不如纯石墨板,黏结材料的降解还可能影响双极板的寿命,并且在加工细流道和脱模过程中也存在困难。金属双极板的优点是适于规模生产,而且成本较低。但金属双极板需要解决的关键问题是提高它的耐腐蚀能力。为改善其在电池工作条件下的抗腐蚀性能,可以采用经表面改性的金属材料(如钛、不锈钢和Ni基合金等)制备(防止金属双极板发生腐蚀的方法包括改变合金的组成与制备工艺、表面改性等。金属材料的表面改性是非常有效的手段,改性的方法包括电镀或化学镀贵金属或导电化合物、采用焙烧等方法制备导电复合氧化物层等。燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置。哪里可以查到Giner怎样测试Fumatech膜
质子交换膜中,气体在膜中的渗透性很小。哪里可以查到高成绿能如何看待Fumatech膜
离子交换膜分均相膜和非均相膜两类,可以采用高分子的加工成型方法制造。均相膜先用高分子材料如丁苯橡胶、纤维素衍生物、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈等制成膜,然后引入单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等,在膜内聚合成高分子,再通过化学反应,引入所需的功能基团。均相膜也可以通过单体如甲醛、苯酚、苯酚磺酸等直接聚合得到。非均相膜用粒度为200~400目的离子交换树脂和寻常成膜性高分子材料,如聚乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、氟橡胶等充分混合后加工成膜。无论是均相膜还是非均相膜,在空气中都会失水干燥而变脆或破裂,故必须保存在水中。哪里可以查到高成绿能如何看待Fumatech膜
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