摘要：质子交换膜(PEM)作为聚合物电解质燃料电池关键部件直接影响着电池性能,拓宽其运行温度和湿度范围有利于简化燃料电池水、热管理设计,从而促进电池小型化和降低成本。近些年来,开发天然粘土/聚合物复合膜已成为提升传统PEM性能和拓宽其应用温、湿度范围的重要途径之一。天然粘土矿物多为含水层状硅酸盐化合物,特殊的孔、层结构和纳米尺度赋予其较大的比表面积和表面效应,其表面和层间富含的羟基在提高复合膜机械强度的同时固定了传质介质,从而在复合膜中构建新的质子传导通道用以提高膜的性能。从纳米微观多个维度综述了不同类别粘土矿物的结构与性能,以及其在质子交换膜中的研究进展,对天然粘土矿物复合质子交换膜的研究进行了总结与展望。

摘要：为了提高磺化聚醚醚酮/离子液体(SPEEK/IL)膜的质子电导率,降低膜中IL的流失率,采用溶液浇铸法制备了双金属Cd@Co-MOF-74/磷酸基-4-苯基咪唑离子液体([IM2][H_2PO_4])/SPEEK三元复合膜。结果表明,由于离子液体中的咪唑环与MOF中的—OH或羧酸基团之间形成氢键,咪唑分子被锚定在MOF的孔壁上。在120℃、Cd@Co-MOF-74掺杂的质量分数为1.5%时,三元复合膜的质子电导率最高,达到26.93 mS·cm~(-1)。不同含量的双金属MOF/IL/SPEEK三元复合膜中IL流失率在20%~25%之间。在SPEEK/IL膜中掺杂双金属MOF在保证SPEEK膜有较高质子电导率的同时,降低了SPEEK/IL复合膜的溶胀率,进而增加了SPEEK/IL复合膜的使用寿命。

摘要：质子交换膜燃料电池堆的密封性能直接关系到电堆的安全性、可靠性和耐久性。本文综述了电堆密封技术要求、电堆密封设计、密封材料选型和密封工艺路线等密封技术的研究进展,提出了密封材料选型的建议和未来密封技术路线的发展方向,为长寿命、高性能燃料电池堆密封设计和验证提供理论参考。

摘要：质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)具有高效、环保等特点,在解决能源、环境等问题方面极具发展潜力。质子交换膜(Proton Exchange Membrane,PEM)是PEMFC的关键部件之一,影响电池的性能和成本。现有商用Nafion系列PEM存在成本高、电导率与机械性能较难兼备等问题,成本低廉、性能优异的PEM有助于提高燃料电池的性能和商业化推广。针对膜材料的电导率与机械性能的兼容问题,研究人员从膜的组成材料和微纳结构等方面出发,设计了多种增强型PEM。简要介绍了PEMFC对PEM的要求;重点综述了基于纳米材料改性、复合树脂交联、多孔骨架支撑等的新型PEM制备方法;比较了改性前后膜性能特点,并对PEM制备过程存在的问题做了简要分析;对PEM的研究方向进行了展望。

摘要：质子交换膜(PEM)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件,决定了其整体性能。目前的PEM存在高甲醇渗透率、价格昂贵等问题,限制了其商业应用。随着纳米复合材料技术的发展,将纳米纤维引入PEMs制备纳米纤维复合质子交换膜(NCPEMs)得到了广泛研究。在NCPEM中,纳米纤维可以形成质子传输的远程通道,并增强骨架以达到PEMFCs的目标性能。文章以NCPEM为重点,综述了NCPEM制备技术的最新进展。此外,还从纤维组成方面综述了有机-功能化有机纳米纤维和有机-无机杂化纳米纤维的纳米纤维复合质子交换膜。

摘要：为提高能源利用率和实现能源的梯级利用,该研究提出了一种基于质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)/直接接触式膜蒸馏(Direct Contact Membrane Distillation, DCMD)的分布式联供系统,利用DCMD回收PEMFC发电时产生的余热,可对外界提供可饮用淡水。建立了联供系统的数学模型,研究了其在设计和非设计工况下的热力性能,采用NSGA-Ⅱ多目标优化算法对系统进行了多目标最优化研究。研究结果表明,在设计工况下,PEMFC输出功率、DCMD膜通量、联供系统的能源效率和?效率分别为19.26k W、15.340 5kg/(m^(2)·h)、57.77%和52.68%,在研究的参数范围内,电流密度、氢气与氧气过量系数、换热器3夹点温度以及渗透液质量流量对联供系统性能影响显著,并通过TOPSIS法确定了该系统在不同权重下各目标的最佳运行工况。研究结果可为发展基于PEMFC和DCMD的分布式联供系统提供参考依据。

摘要：质子交换膜水电解(PEMWE)制氢具有可适用于风能太阳能等可再生能源的间歇性和波动性、能量转换效率高、启动快速、占地小等优点,成为目前绿氢制取重点关注的技术。膜电极作为水电解制氢关键核心部件,对于水电解制氢的性能、效率和寿命至关重要,并随着量产规模的扩大在系统成本中的占比越来越高。发展高性能、低成本和高耐久性的膜电极对于绿氢的低成本大规模制取具有重要意义。本文综述了近年来质子交换膜电解水制氢膜电极中质子交换膜、催化层、多孔传输层等关键材料部件以及膜电极制备技术的研究进展和成果,并进行了简要评述。从膜电极设计和开发的角度系统地梳理了如何提高电解制氢性能、降低水电解制氢膜电极成本等方面的进展。最后,就未来膜电极研发的方向提出了建议。

摘要：质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)是保证燃料电池安全、高效运行的关键部件。当前,Nafion及部分Nafion衍生物PEM被广泛应用于燃料电池、电解制氢、传感检测、液流电池等领域。但是,其仍存在制造成本过高、高效温度范围狭窄(约20~80℃)等问题。近年来,部分金属有机框架材料(metalorganic frameworks,MOFs)因具有结晶性、可设计性和高比表面积等优点,作为潜在的新型质子导体,被用于修饰、改进现有高分子质子交换膜,或直接被作为主要质子传导介质制成质子交换膜,取得了一系列重要进展。本文详细介绍了在MOFs中五种质子传导的常见方式,综述了近年来国内外在高性能质子传导MOFs领域的代表性成果,总结了质子传导MOFs在质子交换膜中的三类常见应用方法,指出MOFs材料在提高PEM质子电导率、降低PEM成本、拓宽PEM高效工作区间等方面具有巨大的发展潜力。最后,本文提出现有MOFs在质子交换膜中的应用还存在稳定性、耐久性、有害物质逸出等方面的问题,这为新型MOFs质子交换膜的开发提供了参考与思路。

摘要：氢储能系统具有灵活高效、清洁无污染、不依赖自然环境、可长期存储的优点,在电网侧与用户侧都有广阔的发展前景。电解槽电堆和燃料电池电堆是氢能系统的关键设备,密封性是电堆可靠运行的必要前提。为此梳理了多界面耦合密封机理、密封材料选型、密封结构设计的主要研究进展,对比强调了氟橡胶、聚烯烃类橡胶在耐蚀和耐久方面的优势,分析提出了框架包裹质子膜密封结构在大面积多层电堆上的应用前景,为我国大功率质子交换膜(PEM)电堆性能提升提供了参考与建议。

摘要：从技术原理、研究进展、系统集成和经济性分析四个方面阐述了质子交换膜电解水制氢技术(PEMWE)的研究进展与发展前景.介绍了PEM电解水制氢技术中阴极和阳极的化学反应及影响条件.分别从质子交换膜的结构优化、PEM阳极催化剂的选型、膜电极的结构优化及制备、双极板的性能提升及表面改进、电解池传热传质及流场结构等方面进行了总结.系统集成主要着眼于电解池的动态响应特性和与可再生能源的结合,最后对PEM电解池进行了经济性分析.助力推进质子交换膜电解池研究和技术的进步.