质子交换膜燃料电池自增湿研究进展

第27卷第3期2006年6月

能源技术

ENERGYTECHNOLOGY

Vol.27　No.3June.　2006

清洁能源与新能源

质子交换膜燃料电池自增湿研究进展

杨　涛,史鹏飞

(哈尔滨工业大学应用化学系,哈尔滨150001)

摘　要:概述了质子交换膜燃料电池自增湿研究状况,极过程生成水。综述了薄电解质膜、新型自增湿膜、空间。对自增湿技术发展前景进行了探讨。

关键词:质子交换膜燃料电池;;中图分类号::A27439(2006)0320107204　　

andDevelopmentofSelf2humidificationofPEMFC

YANGTao,SHIPeng2fei

(DepartmentofAppliedChemistry,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China)

Abstract:Therecentresearchprogressofself-humidificationofproton-exchangemembranesfuelcellswerebrieflyreviewedinthispaper.Thepointthatself-humidificationisbaseontheefficientutilityofproducedwaterincathodewasemphasized.Thedetailsofusingthinnerelectrolyte-membrane,novelstructureofself-humidifiedmembraneandself-humidifiedstructureofflowfieldwassummarized.Thedevelopmentforegroundofself-humidificationwasalsodiscussed.

Keywords:protonexchangemembranefuelcell;protonmembrane;self-humidification;flowfield

　　质子交换膜燃料电池(PEMFC)所用电解质膜的质子导电性随膜内水含量的增加而增长[1～3],而且只有在充分水化的状态下才具有最佳的质子导电性[4]。自增湿型PEMFC膜的润湿水源于阴极的电化学反应;D.M.Bernardi[5]指出,在一定条件下,阴极生成的水原则上足够维持电池运行时膜的水化需要。例如,Dhar[6,7]制备的三合一膜电极在常湿、常压下运行可以充分水化,获得较稳定性能。自增湿电池开发的关键是通过改进膜、电极及流场的结构,实现水的合理分配及有效管理。

JanssenM[8]的实验指出膜厚度是决定膜净水

传递量最为重要的因素。BlumA[9]利用膜厚度及孔结构控制膜透水量,该膜可在一定条件下实现净水传递的自动管理。Tatiana[10]以Nafion117,115,1135和112为电解质膜,研究了H2/O2燃料电池

在25～80℃区间内反应气不同加湿操作的阻抗情况,实验结果显示,薄电解质膜对温度和电流密度的变化不敏感,比较有利于改改善PEMFC的管理。Susai和Voss[11,12]研究表明薄的电解质膜阳极向阴

极的净水传递量明显减小。

利用薄电解质膜改善水管理系统简单、电池内阻低,但性能提高有限,而且膜的机械强度较差,还增加了反应气体的交叉扩散,降低了电池工作电压,因此只适用于低压小功率电池。

ZhigangQi[13]与JinhuaChen[14]在气体扩散层(GDL)与催化层之间分散聚四氟乙烯(PTFE)与炭

1　自增湿薄电解质膜

PEMFC在运行时阴极生成的水会向阳极扩

散,而阳极水分子会随质子向阴极迁移,但是膜两侧的净水传递却是由阳极流向阴极,结果导致阳极侧的电解质膜较易干涸,而阴极较易水淹。自增湿膜电极的出发点就是增大膜两侧水浓度梯度,增加水由阴极向阳极扩散动力,加速水向阳极扩散。

黑(CB)并高温烧结,利用该层孔结构与亲水/憎水成分来缓解水淹。FuqiangLiu[15]将多孔PTFE膜

107