PEMFC电催化剂现状
我国质子交换膜燃料电池发展情况
我国质子交换膜燃料电池发展情况我国质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）是一种高效、清洁的能源转换装置，具有广阔的应用前景。
本文将从历史发展、技术特点、应用现状等方面介绍我国质子交换膜燃料电池的发展情况。
一、历史发展质子交换膜燃料电池源于20世纪60年代的研究，随着对清洁能源的需求日益增加，我国在上世纪90年代开始了质子交换膜燃料电池的研究工作。
通过引进国外技术和自主创新，我国在质子交换膜燃料电池领域取得了长足的进展。
二、技术特点1. 高效能：质子交换膜燃料电池具有高效能的特点，能够将氢气和氧气直接转化为电能，转化效率可高达60%以上，远高于传统燃烧发电的效率。
2. 清洁环保：质子交换膜燃料电池的排放物只有水，不产生任何有害气体和颗粒物，对环境污染非常小。
3. 快速启动：质子交换膜燃料电池具有快速启动的特点，启动时间仅需几秒钟，适用于应急电源等领域。
4. 低噪音：质子交换膜燃料电池的工作过程非常安静，噪音水平远低于传统燃烧发电设备。
三、应用现状1. 交通运输领域：我国将质子交换膜燃料电池作为新能源汽车的重要发展方向，大力推广燃料电池汽车。
目前，我国已经建成多个燃料电池汽车充电站，并投入使用一批燃料电池公交车。
2. 电力供应领域：质子交换膜燃料电池可以作为电力供应的备用电源或峰值调峰电源，可以提供可靠的电力支持。
目前，我国已经建成多个质子交换膜燃料电池电站，并投入运营。
3. 无人机领域：质子交换膜燃料电池具有轻巧、高能量密度的特点，适用于无人机等载荷要求高的领域。
我国已经成功应用质子交换膜燃料电池技术在无人机上，提供长时间、高效能的动力支持。
4. 科研领域：质子交换膜燃料电池在科研领域也得到了广泛应用，用于供电实验设备、传感器等。
其高效能、清洁环保的特点使其成为科研实验的理想能源选择。
四、发展前景我国质子交换膜燃料电池的发展前景非常广阔。
燃料电池技术的发展现状与前景
燃料电池技术的发展现状与前景燃料电池是一种能够将氢气、甲醇等可再生燃料转化成电能的技术。
与传统的化石燃料相比，燃料电池具有能量利用率高、环境友好等优势，被认为是未来能源的重要发展方向之一。
本文将探讨燃料电池技术的发展现状与前景。
一、燃料电池技术的发展历程燃料电池作为一种新型能源技术，其研究始于19世纪末。
20世纪60年代，美国NASA将燃料电池投入太空航行，这是燃料电池应用的一次重要尝试。
之后，燃料电池得到了广泛的关注和研究，各国纷纷投入大量的资金和人力进行研发，燃料电池也得到了不断的升级和改进。
二、燃料电池技术的现状目前，燃料电池技术已经进入到了实用化阶段。
燃料电池的类型有很多，最为常见的是质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。
其中，PEMFC是轻质、高效、响应速度快的燃料电池类型，适用于汽车、船舶和便携式电子设备等领域。
SOFC则具有长寿命、高效率的特点，适用于能源电力系统和基础设施等领域。
此外，燃料电池在微型化、高温高压等方面也有了很大的发展。
三、燃料电池技术的前景燃料电池技术的前景非常广阔。
首先，燃料电池作为一种新型能源技术，具有能源利用效率高、减少环境污染等优势，将会成为未来能源的重要组成部分。
其次，燃料电池的应用领域非常广泛，包括汽车、船舶、飞机等交通工具，以及电力系统和基础设施等方面，将会为人类社会的发展做出重要贡献。
再次，随着燃料电池技术的不断发展和提高，其成本也将随之降低，逐渐进入到商业化阶段，成为一项可持续发展的能源技术。
总之，燃料电池技术的发展历程经历了漫长的研究过程，而现在已经进入到实用阶段。
未来，燃料电池技术将会成为重要的能源组成部分，成为推动人类社会持续发展的重要力量。
同时，燃料电池技术将会在成本和性能等方面得到更多的提高和改进，成为一项可持续发展的能源技术。
燃料电池 铂合金催化剂
燃料电池铂合金催化剂燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的装置，其核心部件之一就是催化剂。
在燃料电池，特别是质子交换膜燃料电池（PEMFC）中，铂及其合金催化剂在电极反应中扮演着至关重要的角色。
铂催化剂主要用于加速燃料电池的两个主要反应：阳极的氢气氧化反应和阴极的氧气还原反应。
铂合金催化剂的优势1. 高催化活性：铂和铂合金催化剂因其对氢气氧化和氧气还原反应具有极高的催化活性而被广泛使用。
这种高效的催化活性可以提高燃料电池的功率密度和能量转换效率。
2. 良好的化学稳定性：铂和其合金在燃料电池工作条件下显示出良好的化学稳定性，能够抵抗腐蚀和长时间的操作衰减。
3. 优异的电导性：铂合金催化剂具有优异的电导性，有利于电子在电极材料之间的快速传输。
铂合金催化剂的种类和应用铂合金催化剂通常是铂与其他过渡金属（如钴（Co）、镍（Ni）、铁（Fe）等）的合金，这些合金通过改变铂的电子结构和表面几何结构，进一步提高了催化活性和稳定性，同时有助于降低贵金属铂的使用量，从而减少成本。
1. 铂钴合金（Pt-Co）：提供了优于纯铂的催化活性，特别是在氧气还原反应中，同时能够在一定程度上降低成本。
2. 铂镍合金（Pt-Ni）：这种合金在提高催化活性的同时，也显示出良好的抗腐蚀性能，特别适用于氧气还原反应。
3. 铂铁合金（Pt-Fe）：在某些燃料电池应用中，铂铁合金因其独特的催化特性而受到青睐，尤其是在提高电池效率方面。
发展趋势和挑战尽管铂合金催化剂在燃料电池中表现出色，但其高成本和有限的资源仍然是推广燃料电池面临的主要挑战之一。
因此，研究人员正在努力开发新型的非贵金属催化剂或低铂含量的催化剂，以降低成本并提高催化剂的稳定性和耐久性。
通过纳米技术和材料科学的进步，已经实现了对铂合金催化剂性能的显著提升，未来这些技术的进一步发展有望为燃料电池的商业化和大规模应用铺平道路。
燃料电池的发展现状及研究进展
燃料电池的发展现状及研究进展燃料电池作为一种清洁能源技术，受到了全球范围内的广泛关注。
它能够将化学能转化为电能，并且只产生水和热作为副产物，不会产生有害物质，具有很高的能量转化效率和零排放的特点。
因此，燃料电池被认为是解决能源和环境问题的理想选择。
在过去的几十年里，燃料电池的发展取得了巨大的进展，下面将对其现状和研究进展进行介绍。
首先，燃料电池的发展现状。
目前，燃料电池主要包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和燃料电池。
聚合物电解质燃料电池（PAFC）等几个主要类型。
其中，PEMFC是目前应用最广泛的一种燃料电池，主要用于汽车和小型移动设备。
SOFC由于其高温运行特性，被广泛应用于大型电力系统和工业领域。
AFC早在燃料电池研究的早期就被发展出来，目前在一些特殊领域如宇航等得到了应用。
另外，还有其他类型的燃料电池如碱性燃料电池（AFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）等，不同类型的燃料电池适用于不同的应用场景和需求。
其次，燃料电池的研究进展。
燃料电池的研究主要集中在提高性能和降低成本两个方面。
在性能方面，研究人员致力于提高燃料电池的功率密度和能量效率。
例如，通过优化催化剂的设计和合成，改善了燃料电池的催化剂活性和稳定性。
此外，探索新型电解质材料和电极材料，如合金储氢材料、碳纳米管等，也为提高燃料电池性能提供了新的途径。
在成本方面，研究人员致力于降低燃料电池的原材料成本和制造工艺成本。
例如，开发更便宜的催化剂替代品，改进制造工艺等。
此外，维护和管理燃料电池的寿命也是一个重要的研究方向。
因为燃料电池的寿命直接影响其经济性和可靠性。
此外，燃料电池的应用领域也在不断扩大。
除了传统的汽车和移动设备领域，燃料电池还得到了微型电网、船舶、飞机、无人机等更广泛的领域的关注。
例如，由于其高电能密度和长时间稳定性，燃料电池被广泛应用于微型电网系统中，以实现可靠的电力供应。
此外，由于其轻量化特性和零排放的特点，燃料电池在船舶、飞机和无人机领域也具有巨大的应用潜力。
PEMFC国内外研究现状
PEMFC国内外研究现状
上世纪80年代，电池的性能和寿命大幅提高，由于全氟磺酸型质子交换膜碳载铂催化剂等材料的问世和发展，的研究有了突破性的进展。
在这之后，进入了PEMFC高速发展的时代，各种以其为动力的电动汽车陆续问世[2,3]。
一些学者在结合PEMFC内部结构的基础上建立机理模型，从而方便对PEMFC的性能进行分析研究。
后来有学者基于实验，从大量的数据中得到经验模型。
目前机理模型和经验模型以发展整数阶的微分和积分为主。
而对PEMFC的控制也很重要。
当电堆的输出电流发生变化时，反应气体消耗量变化。
为了使燃料电池产生可靠有效的响应，既能够确保电池反应气体入口处有充足的气体流量又能保证阳极和阴极之间的气体压力差不会过大而破坏质子交换膜，需要设计一套控制策略。
Woon KI Na等人[4]提出了一个动态质子膜燃料电池的模型和非线性控制方法，但他们控制的对象不是电池阳极和阴极气体的压强而是氢气和氧气的内部气体气压。
28690 在国内，清华大学、上海神力、中国科学院大连化学物理研究所、上海空间电源研究所等很多单位都在进行质子膜燃料电池相关的研究，并且取得了很大的进展，论文网已经接近了国内外先进水平[5]。
因为PEMFC测控系统很庞大并且具有复杂性，至今缺少统一的标准规范。
PEMFC可操作性、
可靠性和稳定性都急需提高。
现在，相关的控制方案很多，采用DSP、PLC、单片机、数据采集卡等控制器都可以实现对于PEMFC的测控[6]。
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燃料电池催化剂改性技术发展现状和挑战
燃料电池催化剂改性技术发展现状和挑战燃料电池作为一种新兴的清洁能源技术，被广泛应用于车辆动力、绿色能源等领域。
其中，催化剂是燃料电池中起关键作用的组成部分，其性能直接影响着燃料电池的效能和可持续性。
随着对燃料电池系统不断提高的要求，燃料电池催化剂的改性技术不断发展，以提高催化活性、耐久性和成本效益。
本文就燃料电池催化剂改性技术的现状和面临的挑战进行探讨。
一、燃料电池催化剂改性技术的现状当前，改性燃料电池催化剂技术主要有合金化、支撑剂改性和掺杂等。
合金化是指将两种或多种金属催化剂简单地合成一种材料，以提高其电化学活性。
例如，Pt和其他金属（如Co、Ni等）的合金化可以增加活性位点的数量，提高催化剂的电导性和稳定性。
支撑剂改性是将金属催化剂负载在具有高表面积、孔隙结构和化学稳定性的支撑材料上，以增加催化剂的活性和稳定性。
掺杂是指将一种或多种杂质元素引入催化剂中，以调控其电子结构和表面活性。
这些技术在改善燃料电池催化剂的性能方面发挥了重要作用。
目前，Pt基催化剂仍然是燃料电池最常用的催化剂，但其高昂的成本限制了燃料电池的商业化应用。
因此，降低催化剂成本是目前改性技术的主要研究方向之一。
一种常见的策略是减少Pt含量，同时改善催化剂的活性和稳定性。
为此，研究人员发展了许多非贵金属催化剂，如过渡金属和合金化过渡金属氮化物。
例如，过渡金属卟啉化合物在燃料电池催化剂中的应用受到了广泛关注。
此外，金属有机框架材料也被认为是一种有潜力的Pt替代材料。
二、燃料电池催化剂改性技术面临的挑战尽管燃料电池催化剂改性技术取得了显著进展，但仍然存在一些挑战。
首先，改性催化剂的活性和稳定性问题仍然是研究的热点。
改性催化剂在燃料电池中需要具备良好的催化活性和长期稳定性，以满足实际应用需求。
尤其是在高温、高压、高湿度等恶劣环境条件下，催化剂容易发生聚集、脱落和失活等问题。
因此，如何提高改性催化剂的耐久性仍然是一个亟待解决的问题。
其次，改性催化剂的制备工艺和成本问题亟需解决。
简述燃料电池发展现状
简述燃料电池发展现状燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，通常由阳极、电解质、阴极和电化学催化剂组成。
燃料电池的发展已经有数十年的历史，目前已经取得了一定的进展。
下面将简述燃料电池发展现状。
首先，燃料电池技术已经逐渐成熟，特别是质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）两种型号。
PEMFC主要在低温下工作，适用于小型移动设备和小功率应用，如汽车。
SOFC则适用于高温运行，具有较高的效率和长寿命，因此主要用于大型发电系统。
其次，燃料电池技术不断取得突破。
近年来，燃料电池的性能和稳定性有了显著提高。
例如，PEMFC的功率密度已经超过2.5 kW/L，能效超过60%。
同时，SOFC已经实现了高达60%的电能转化效率。
此外，燃料电池的使用寿命也有所延长，PEMFC可以达到5000小时以上，SOFC甚至可以达到数万小时。
再次，燃料电池技术逐渐商业化。
越来越多的燃料电池产品投入市场，如汽车、公共交通工具和便携式电源等。
日本、韩国、德国和美国等国家已经建立了相应的燃料电池产业链，形成了规模化的生产能力。
此外，政府和企业也加大了对燃料电池技术研发和推广的投入。
最后，燃料电池技术在环保和新能源领域具有广阔的应用前景。
燃料电池具有高效、低污染的特点，使用氢气等清洁燃料，不产生二氧化碳等有害物质。
因此，燃料电池可以作为传统能源的替代品，减少对化石燃料的依赖，从而降低碳排放和环境污染。
燃料电池还可以与可再生能源结合，实现能源转型和可持续发展。
综上所述，燃料电池的发展现状是技术逐渐成熟，性能不断提高，商业化进程加快，并且在环保和新能源领域具有广阔的应用前景。
然而，燃料电池面临着成本高、储氢和储氧等技术难题，需要进一步研发和突破。
相信随着科技的进步和政策的支持，燃料电池在未来能够发挥更大的作用，推动能源的革新和可持续发展。
氢燃料电池技术的研究现状
氢燃料电池技术的研究现状氢燃料电池技术被认为是未来清洁能源的主流。
它与传统能源不同，不产生二氧化碳等温室气体和不良排放物。
随着气候变化和环境问题的日益加剧，人们对氢燃料电池技术的关注度越来越高。
那么，目前氢燃料电池技术的研究现状如何呢？首先，值得注意的是，不同类型的燃料电池在技术研究方面存在巨大差异。
一、质子交换膜燃料电池（PEMFC）也叫聚合物电解质膜燃料电池。
这种电池具有低温启动、高能量转换效率、低污染和变化性能好等优点。
它主要由质子交换膜、阳极、阴极和双极板等部分组成。
目前，PEMFC已经成为了HYDROGEN UPTAKE 2项目的主力。
二、硷性聚合物电解质燃料电池（AEMFC）在AEMFC中，聚合物电解质是一种弱碱性的聚合物，具有高电导性、低成本、良好的稳定性和耐腐蚀性能等优点。
不过，它也存在着膜的高碱性使其更容易出现面积膨胀和水合等问题，同时也存在阴极降解、耐金属离子污染等问题。
研究表明，这种电池能够利用氢气和氨气作为燃料源。
三、碳燃料电池（DMFC）在碳燃料电池中，需要使用碳水化合物（如甲醇、乙醇）作为燃料，但需要通过催化剂将燃料转化为电能。
碳燃料电池因催化剂的寿命、燃料过程中产生的废物等因素，导致其效率低且易受过度催化的影响。
此外，快速的燃料化反应也会导致质子膜的水分泌作用，从而降低其效率。
四、固态氧化物燃料电池（SOFC）固态氧化物燃料电池具有高效率和高温的优点，因此被广泛应用于工业领域。
它通常由阳极、阴极和电解质三个部分组成，并具有高倍率、长寿命、高能量效率和低二氧化碳排放等特点。
但是，SOFC也面临着电解质陶瓷的脆性和导电性差的问题，因此目前仍有待改进。
除了不同类型的燃料电池，氢燃料电池技术的研究现状还需要关注以下几个问题：一、催化剂的使用在燃料电池中，催化剂也起着至关重要的作用，它有助于提高燃料电池的效率，从而实现其商业化应用。
当前，常用催化剂包括铂、钴、镍等。
其中，铂是最为常用的催化剂，但由于其成本较高，因此需要寻找更廉价、更高效的替代品。
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PEMFC电催化剂现状
13材料C1 安海山20134865620
PEMFC的发展历史
质子交换膜燃料电池的发展历史起源于20世纪60 年代初美国的GE 公司为NASA 研制的空间电源, 采用的是1 kW 的PEMFC 作为双子星座宇宙飞船的辅助电源, 尽管PEMFC 的性能表现良好, 但是由于当时该项技术处于起步阶段, 仍存在许多问题, 如功率密度较低(<50 mW/cm2);聚苯乙烯磺酸膜的稳定性较差, 寿命仅为500 h 左右;铂催化剂用量太高等, 因此在以后的Apollo 计划等空间应用中,NASA 选用了当时技术比较成熟的碱性燃料电池, 使得PEMFC 技术的研究开发工作一度处于低谷。
1962 年美国杜邦公司开发出新型性能优良的全氟磺酸膜, 即Nafion系列产品, 1965 年GE 公司将其用于PEMFC , 使电池寿命大幅度延长。
但是由于铂催化剂用量太高和Nafion膜的价格昂贵以及电池必须采用纯氧气作为氧化剂, 使得PEMFC 的开发长时间是以军用为目的, 限制了该项技术的广泛应用。
进入20 世纪80 年代以后, 以军事应用为目的的研制与开发, 使得PEMFC 技术取得了长足的发展。
以美国、加拿大和德国为首的发达国家纷纷投入巨资开展PEMFC 技术的研究开发工作, 使得PEMFC 技术日趋成熟。
20 世纪90 年代初期, 特别是近几年, 随着人们对日趋严重的环境污染问题的认识加深,PEMFC 技术的开发逐渐由军用转向民用, 被认为是第四代发电技术和汽车内燃机的最有希望的替代者。
PEMFC的现状
EMFC中的电催化剂, 应满足以下4 个条件:①具有导电性, 或使用导电性良好的载体以求获得高的导电性;②一定的电化学稳定性, 即能在实现目标反应的条件下, 电催化剂表面不会因电化学反应而过早失活;③较好的催化性能, 包括实现目标反应及抑制副反应的活性;④比表面积大。
通常电催化剂分为两大类, 即阴极催化剂(催化氧化剂的还原)和阳极催化剂(催化燃料的氧化)。
由于贵金属材料具有极强的原子键、高原子配位数等特殊的原子结构, 表现出优异的物理化学性质, 比较适用于燃料电池的电极反应。
目前的电催化剂主要有Pt基、Pd基、Au基材料等几大类, 常使用的是Pt基催化剂, 关于这一类催化剂的研究较多并取得了一系列的进展, 但仍存在着一些问题。
如贵金属催化剂用量过高, 导致电池成本过高。
近年来在催化剂方面, 研究主要围绕降低贵金属担载量和提高催化剂稳定性以及寻找价格较低廉的新的非贵金属催化剂等方面展开, 如英国、美国以及我国的大连化物所阁等开展了一系列的工作, 其主要研究方向是: ①合金催化剂, 包括二元合金Pt一Ru 、Pt 一Sn 、Pt 一pd 等; 三元合金Pt 一Ru 一W、Pt 一Co 一W、Pt 一Ni一W、Pt -Mn 一W 和Pt一Ru 一Nb 等; 四元合金R一Ru 一sn 一W 等。
②金属氧化物催化剂。
White J.M. 和Sammells A.F.对ABO3型金属氧化物作为CH30H 氧化的催化剂最早进行了研究叫, ABO3中的A和B分别代表: A = Sr 、Ce 、Pb、La ; B 一Co 、Pt 、Pd、Ru 等。
③有机鳌合物催化剂。
有机鳌合物属有机电催化剂, 是一些含过渡金属中心原子的大环化合物, 如含有Fe 、Co、Ni、Mn 的酞著或叶琳络合物。
有机赘合物的优良催化性能是由于它能促进H202 分解, 使O2在阴极上按4 电子反应途径进行, 从而使电池的工作电压增高。
目前电催化剂仍以贵金属R 为主,R一Ru 合金催化剂或负载型Pt一Ru 是目前研究最成熟、应用最广泛的催化剂。
阴极催化剂
PEMFC阴极的过电位很高, 与氢的氧化相比,O2 的还原过程比较困难。
理想的催化剂应使分子氧在较高电位下通过四电子过程一步直接还原成水, 得到高能量效率。
因此, 阴极催化剂材料的研究重点是开发出对O2 还原反应(ORR)有高选择性和高催化活性, 载Pt量低的阴极
材料。
新型阴极合金催化剂的研制以及催化机理的探索已经取得了很大的进展。
但是, 合金及其他复合催化剂的催化活性较纯金属有较大提高的原因目前仍不能形成定论, 还须做进一步的深人研究。
通过添加其它过渡金属元素组分, 改善催化剂的催化活性, 减少贵金属用量, 降低成本仍是PEMFC阴极电催化剂的主要发展方向。
阳极催化剂
阳极催化剂除了具有阴极催化剂的性能, 还应具有抗CO中毒的能力。
CO中毒分为化学和机械中毒, 二者均引起活性下降。
前者是CO与催化剂中的活性物质发生化学反应;后者是CO 强烈吸附在催化剂的表面从而阻碍H2 的吸附。
近年来阳极催化剂已成为燃料电池研究领域最为重要的课题之一, 研究工作主要集中在两方面:一是通过改进催化剂制备技术来提高催化剂性能;二是通过添加促进剂来改善催化剂的性能。
其中通过添加促进剂制备高性能的多组分阳极催化剂已成为燃料电池阳极催化剂研究的主流工作。
目前抗CO催化剂研究主要集中在Pt-Ru以及Pt与过渡金属M的二元或多元催化剂, 其中许多双金属催化剂都表现出比Pt高的抗CO能力。
从总体上来看, Pt基二元催化剂已得到较全面的研究, Pt-Ru/C二元合金催化剂为最好的催化剂。
在三元体系中虽然看到了可喜的结果, 但对所发现体系的性能还没有深入的测定, 对其应用价值还不能得出可信判断。
四元体系目前还研究得比较少。
PEMFC的展望
尽管PEMFC 具有高效、环境友好等突出优点, 但目前只能在特殊场所应用和试用。
若作为商品进入市场, 必须大幅度降低成本, 使生产者和用户均能获利, 即若作为电动车动力源, PEMFC造价应能与汽车、柴油发动机相比(约50 ＄/kW), 若作为各种便携式动力源, 其造价必须与各种化学电源相当。
21 世纪的前10 年, 是燃料电池在技术和成本上取得突破、从特殊应用到商品化、产业化至关重要的时期。
为加速我国PEMFC 开发, 应当充分利用我们的资源优势, 在原有工作基础上, 深入开展低Pt 含量合金电催化剂、电极内Pt 与Nafion 最佳分布, 进一步提高Pt 利用率和降低Pt 用量, 开发金属表面改性与冲压成型技术, 开发廉价的部分氟化或非氟化含多元磺酸质子交换膜, 甲醇、汽油等氧化重整制氢技术以及抗CO 中毒的阳极电催化剂等方面的研究工作, 结合各方力量联合攻关, 合理分工, 取长补短, 为我国燃料电池技术的发展贡献一份力量, 为燃料电池在我国实用化、产业化作出贡献。