微型PEM燃料电池膜电极的研究

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第1章绪论

1.1PEMFC概述

1.1.1PEMFC的发展简史

1.1.2μPEMFC的发展现状

1.1.3μPEMFC的工作原理

1.1.4μPEMFC放电过程特征极化

1.1.5μPEMFC的系统组成

1.2膜电极概述

1.2.1质子交换膜

1.2.2电催化剂概述

1.2.3气体扩散层

1.2.4粘结剂

1.3膜电极的工艺现状

1.3.1传统法

1.3.2薄层电极法

1.3.3干粉喷雾法

1.3.4真空沉积法

1.3.5化学沉积法

1.3.6电化学还原法

1.4基于PCB技术的μPEMFC

1.5本课题的研究背景和意义

第2章实验仪器和方法

2.1实验仪器

2.2实验原材料

2.3 MEA的制备

2.4 μPEMFC电化学性能测试

2.4.1两电极体系和极化性能测试

2.4.2恒电流测试

2.4.3寿命测试

2.5 μPEMFC材料结构表征

2.5.1 XRD分析Pt晶粒尺寸分布

2.5.2 SEM观察催化层的表面形貌

2.5.3 AFM观察催化层的表面形貌

2.6交流阻抗法

第3章微型PEM燃料电池膜电极的制备

3.1实验

3.1.1膜电极的制备工艺流程

3.1.2质子交换膜的预处理

3.1.3电极扩散层的制备

3.1.4电极催化层的制备

3.1.5膜电极的热压成型

3.1.6膜电极的重新水合化和质子化

3.2膜电极的性能评价

3.3膜电极性能重现性研究

3.3.1热压模表面温度分布对膜电极重现性的影响

3.3.2催化剂的担载方式对膜电极重现性的影响

3.4膜电极制备工艺优化研究

3.4.1热压参数确定

3.4.2催化层组分与含量对膜电极性能的影响

3.4.3气体扩散层的影响

3.4.4Nafion膜厚度的影响

3.5自制膜电极与ETEK公司膜电极性能的比较

3.6本章小结

第4章微型PEM燃料电池运行条件对MEA性能的影响

4.1氢气流量的影响

4.2空气对流的影响

4.3阴极流道尺寸的影响

4.4放置方向性影响

4.5环境温度的影响

4.6在不同湿度环境下MEA的性能

4.7 MEA的短期寿命

4.8本章小结

第5章膜电极在基于PCB技术的微型PEM燃料电池中的应用

5.1基于PCB技术的单体μPEMFC

5.1.1流场流道设计与加工

5.1.2流场板的导电化处理

5.1.3单体电池的组装

5.1.4单体电池的操作条件

5.1.5单体电池的性能测试

5.1.6单体电池的稳定性

5.2基于PCB技术的μPEMFC电池组

5.2.1准双极μPEMFC电池组的结构设计

5.2.2电池组MEA的结构设计

5.2.3准双极μPEMFC电池组的电连接和组装

5.2.4准双极μPEMFC电池组的性能

5.2.5六单体电池间均一性

5.3本章小结

第6章结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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