离子交换膜燃料电池技术进展
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。
燃料电池用阴离子交换膜的研究进展
燃料电池用阴离子交换膜的研究进展邵思远;张建钊【摘要】碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)是一种以碱性阴离子交换膜为电解质的新型燃料电池.结合了质子交换膜燃料电池(PEMFC)和传统碱性燃料电池(AFC)的优点,从根本上摆脱了对贵金属催化剂的依赖,具有广阔的应用前景.阴离子交换膜是阴离子交换膜燃料电池的核心材料之一,其电导率及稳定性制约了碱性阴离子交换膜(AEM)的发展.从提高AEM的电导率及耐碱稳定性两个方面,对近期报道的研究工作进行梳理总结.%Alkaline anion exchange membrane fuel cell (AEMFC) is a new kind of fuel cell with alkaline anion exchange membrane as electrolyte.It combines the advantages of the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) and the traditional alkaline fuel cell (AFC).Fundamentally free from dependence on noble metal catalysts.AEMFC has broad application prospects in fuel cells.The anion exchange membrane (AEM) is one of the key materials in AEMFC,the development of the AEMFC is restricted by its low conductivity and stability.The development of improving of the conductivity and alkaline stability of AEM is summarized.【期刊名称】《河南化工》【年(卷),期】2017(034)005【总页数】4页(P11-14)【关键词】阴离子交换膜燃料电池;阴离子交换膜;耐碱稳定性;电导率【作者】邵思远;张建钊【作者单位】大连市第八中学,辽宁大连 116021;大连市第八中学,辽宁大连116021【正文语种】中文【中图分类】TQ425.236阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)作为新兴的燃料电池技术，结合了传统质子交换膜燃料电池(PEMFC)全固态电池结构和碱性燃料电池(AFC)氧化还原反应速率较快的优点，有希望摆脱PEMFC对贵金属的依赖，实现燃料电池成本的大幅度下降[1-2]。
阴离子交换膜燃料电池的应用
阴离子交换膜燃料电池的应用阴离子交换膜燃料电池（Anion Exchange Membrane Fuel Cell，简称AEMFC）是一种新型的燃料电池技术，具有许多潜在的应用前景。
本文将从环保、能源转化效率、燃料多样性和可持续性等方面探讨阴离子交换膜燃料电池的应用。
阴离子交换膜燃料电池在环保方面具有显著的优势。
与传统燃料电池相比，AEMFC使用的是可再生能源，如氢气或甲醇等。
与燃烧发电相比，AEMFC不会产生有害物质，只产生水和二氧化碳。
这意味着AEMFC具有零排放的特点，能够有效减少空气污染和温室气体的排放，对改善环境质量具有重要意义。
阴离子交换膜燃料电池具有较高的能源转化效率。
AEMFC的工作原理是通过氧气和燃料之间的电化学反应，将化学能转化为电能。
相比传统燃烧发电，AEMFC的能源转化效率更高，可以达到40%以上，而燃烧发电的能源转化效率仅为30%左右。
这意味着AEMFC能够更有效地利用能源资源，提高能源利用效率，降低能源消耗和浪费。
阴离子交换膜燃料电池的燃料多样性也是其应用的重要优势之一。
传统燃料电池主要使用氢气作为燃料，而AEMFC可以利用多种不同的燃料，如甲醇、乙醇、氨水等。
这使得AEMFC更加灵活多样化，可以根据实际需求选择最适合的燃料，从而提高能源的可获得性和利用效率。
燃料多样性也意味着AEMFC可以适应不同的应用场景，包括交通工具、移动电源、家庭能源和工业应用等。
阴离子交换膜燃料电池具有可持续性的特点。
AEMFC使用的阴离子交换膜是一种高效、稳定和可再生的材料，能够在较高温度和湿度下工作。
相比传统的贵金属阴极催化剂，AEMFC使用的是廉价的非贵金属材料，降低了成本。
同时，AEMFC还具有较长的使用寿命和较低的维护成本，能够提供稳定可靠的能源供应。
这使得AEMFC在可持续性能源领域具有广阔的应用前景。
阴离子交换膜燃料电池具有广泛的应用前景。
其环保、能源转化效率高、燃料多样性和可持续性等优势使其适用于许多领域，包括交通运输、能源供应、环境保护和可再生能源等。
燃料电池用阴离子交换膜的研究进展
碱性条件下氧气和燃料的电极反应变快，从而使得 甚至丧失。脂肪族聚合物骨架中含有大量的 C－ H
一些非铂催化剂可以应用在膜电极中，大幅度降低 键，如聚乙烯（ PE） 、聚丙烯（ PP） 类聚合物在电化学
燃料电池成本，另外能量转化过程中的水管理方式 环境中具 有 较 好 的 稳 定 性，近 年 来 也 被 用 于 制 备
子交换膜（ AEMs） 作为 AEMFCs 的重要组成部分， 前，碳氢类阳离子聚合物主要有季铵化脂肪族和芳
一方面要阻隔离子膜两侧的燃料和氧化剂，另一方 面还要起到支撑催化剂的功能［1 － 3］。相比质子聚合
香族类聚合物。 对于 AEMFCs 来说，阳离子聚合物中的功能基
物膜燃料电池（ PEMFCs） ，AEMFCs 最大的优势是在 团在碱性条件下会发生降解，导致其交换功能减弱
图 1 基于 PP 的 AEMs 的制备过程
以上基于脂肪族的 AEMs，虽然获得了较高的 离子电导率和碱稳定性能，但是其合成步骤都较为 复杂，反应程度较难控制、产率较低，并且常需使用 贵重催化剂，这些因素很大程度上限制了这类离子 膜的应用。相比于脂肪族的 AEMs，以芳香族类为 骨架的 AEMs 膜在燃料电池中应用的报道占重要部 分，是最为常用的碳氢类 AEMs 的结构，这一类聚合 物大多数具有力学性能好、热稳定性高、抗氧化能力 强 及 成 本 较 低 等 优 点，因 此，被 广 泛 用 于 制 备 AEMs。
2018 年第 2 期
有机氟工业 Organo － Fluorine Industry
·33·
燃料电池用阴离子交换膜的研究进展
刘训道1 王 丽2 李 虹1 张永明1
（ 1． 上海交通大学 化学化工学院，上海 200240； 2． 山东东岳集团，山东 淄博 256401）
离子交换膜燃料电池技术进展
1.交联聚合物中引入质子交换基团
聚合物基质的改性 商用聚合物膜的改性
聚合物基质的改性
在聚合过程中加入多官能度单体合成交联 聚合物, 然后通过磺化或共混酸性化合物引 入质子交换基团, 最后用溶液浇铸法等常用 的制膜方法制备成膜。这种质子交换膜具 备水凝胶的强吸水性, 在干膜或较低的相对 湿度下仍能保持较高的电导率。交联起到 限制水凝胶过度溶胀的作用, 使其在70 ℃ 以下具有良好的力学强度。
电池方面
质子交换膜 膜电极 催化剂层
气体扩散电极
双极板
扩散层
扩散层一方面提供反应气体、电子流和 排出生成水的通道，另一方面支持催化剂 层网络。一般应用炭纸或炭布制造，厚度 为0.18mm～0.35mm。炭纸、炭布的主要 原料是炭纤维，可分为聚丙烯腈基、沥青 基及粘胶基炭纤维三类。根据制造工艺不 同有普通型、高模量型和高强度型等系列 产品。
质子交换膜
质子交换膜是PEMFC的核心，其性能将直 接影响PEMFC的电池性能，能量效率和使 用寿命。PEMFC中应用最为广泛的质子交 换膜为美国Du Pont公司生产的Nafion全氟 磺酸质子交换膜。
1. Nafion膜的基本骨架是聚 四氟乙烯，一定长度的 主干链上接枝氟化的醚 支链，支链的末端为磺 酸基团。
离子交换膜燃料电池技术 进展
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前言
众所周知，第一代动力系统蒸汽机和 第二代动力系统内燃机消耗了大量不可再 生的化石能源资源，且造成了严重的环境 污染。人类社会的可持续发展问题正面临 严峻挑战。根据国际能源机构预测，随着 经济的发展、社会的进步和人口的增长， 全世界的能源消耗在今后20年至少增加一 倍。如果没有新型的能源动力，世界将从 目前的能源短缺很快走向能源枯竭。为解 决经济发展与能源短缺及环境污染之间日 益加剧的矛盾，发展清洁、高效、可持续 发展的新能源动力技术已成了十分紧迫的 任务。
质子交换膜燃料电池产业及技术发展报告
质子交换膜燃料电池产业及技术发展报告全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：质子交换膜燃料电池是一种新型清洁能源技术，被广泛应用于汽车、船舶、航空航天等领域。
近年来，随着环保意识的增强和能源危机的日益严重，质子交换膜燃料电池产业及技术发展备受关注。
本文将就该行业的现状及未来发展进行分析和展望。
一、质子交换膜燃料电池产业现状2. 技术水平不断提高：随着科技进步和工程实践的不断深化，质子交换膜燃料电池的技术水平也得到了极大的提升。
如今，质子交换膜燃料电池的效率和稳定性明显提高，已经可以满足各种应用场景的需求。
3. 产业链不断完善：质子交换膜燃料电池产业链包括质子交换膜、催化剂、电极等多个环节。
随着产业链的不断完善，相关产品的质量和性能也得到了提升，为整个产业的发展奠定了良好的基础。
1. 智能化和自动化：随着人工智能和自动化技术的快速发展，质子交换膜燃料电池技术也将向智能化和自动化方向发展。
未来，质子交换膜燃料电池将更加智能化，能够实现更加精准的能源管理和控制。
1. 成本问题：目前，质子交换膜燃料电池的成本仍然较高，限制了其在大规模应用中的发展。
未来，如何降低成本、提高效率将是该行业面临的重要挑战。
2. 市场竞争：质子交换膜燃料电池市场竞争激烈，需要不断提升产品质量和技术水平，以在激烈的市场竞争中立于不败之地。
3. 政策支持：政府在能源政策中对质子交换膜燃料电池的支持程度也将影响其未来发展。
各国政府应通过政策引导，加大对清洁能源技术的支持力度，推动质子交换膜燃料电池产业的快速发展。
质子交换膜燃料电池产业正处于快速发展阶段，面临着巨大的机遇和挑战。
只有通过技术创新、产业协同和政策支持，才能推动质子交换膜燃料电池产业迈向更加辉煌的明天。
相信在不远的将来，质子交换膜燃料电池将成为清洁能源领域的重要力量，为人类创造更加美好的生活环境。
第二篇示例：质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）是一种新型清洁能源技术，被广泛应用于汽车、船舶、无人机等领域。
阴离子交换膜燃料电池 和阴离子交换膜水电解
阴离子交换膜燃料电池和阴离子交换膜水电解全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：阴离子交换膜燃料电池（Anion Exchange Membrane Fuel Cell，简称AEMFC）和阴离子交换膜水电解（Anion Exchange Membrane Water Electrolysis，简称AEMWE）是两种基于阴离子交换膜技术的高效能源转化和储能技术。
随着人类对清洁能源的需求日益增加，AEMFC和AEMWE作为新型的能源技术，在能源转化和储能领域具有广阔的应用前景。
阴离子交换膜是一种特殊的离子交换膜，具有高阴离子传导性能，可以在电化学反应过程中实现阴、阳离子的传输，从而实现能源的转化。
AEMFC和AEMWE采用阴离子交换膜作为电解质，可以实现氢能的高效转化和储存，具有很高的能量转化效率和环境友好性。
我们来介绍阴离子交换膜燃料电池。
AEMFC是一种将氢气和氧气通过电化学反应产生电能的装置。
在AEMFC中，阴离子交换膜作为电解质，可以实现氢气的催化分解和氧气的还原反应，从而产生电能和水。
与传统的质子交换膜燃料电池相比，AEMFC具有更高的阻挡性，更低的电阻和更高的效率。
阴离子交换膜燃料电池具有以下优点：1. 高效能：AEMFC具有较高的电导率和较低的内部电阻，可以有效提高能量转化效率；2. 环保：AEMFC的电化学反应只产生水，不会产生有害气体，具有很好的环境友好性；3. 可再生能源：AEMFC可以利用氢气作为燃料，氢气是一种可再生能源，可以通过水电解或其他方式获得。
阴离子交换膜燃料电池和阴离子交换膜水电解是两种基于阴离子交换膜技术的高效能源转化和储能技术，具有广阔的应用前景。
随着清洁能源的推广和开发，AEMFC和AEMWE将在未来能源领域发挥重要作用，为人类社会的可持续发展做出贡献。
第二篇示例：阴离子交换膜是一种重要的功能材料，在能源领域有着广泛的应用。
阴离子交换膜燃料电池和阴离子交换膜水电解是两种利用阴离子交换膜技术的重要能源转换设备。
燃料电池用质子交换膜的研究进展
燃料电池用质子交换膜的研究进展燃料电池是一种利用化学能转化为电能的装置，其主要组成部分之一就是质子交换膜。
质子交换膜（Proton Exchange Membrane, PEM）是燃料电池中起到传递质子流的作用，同时还充当了电解质、绝缘层等多重功能，因此质子交换膜的性能对燃料电池的性能有着重要影响。
本文将介绍质子交换膜的主要类型、材料和性能，以及研究进展。
质子交换膜目前主要有离子交换膜（Ionomer Membrane）、聚芳醚砜膜（Polymer Electrolyte Membrane）和氢氧化锂亚胺膜（LiOH·H2O）三种类型。
离子交换膜是最常用的质子交换膜，其特点是具有良好的质子传导性能和较高的化学稳定性。
常见的离子交换膜有聚四氟乙烯磺酸酯（PTFE/SPEEK）、氟化磺酰基聚醚醚酮（SPEEK）和聚偏氟乙烯（PVDF）等。
这些材料的质子传导性能较好，但在高温和干燥环境下容易失水，导致传导性能下降。
聚芳醚砜膜是一种新型的质子交换膜材料，具有优良的热稳定性和化学稳定性。
相对于离子交换膜，聚芳醚砜膜更适用于高温和干燥的环境。
然而，聚芳醚砜膜的主要问题是质子传导性能较差，需要通过添加导电剂来改善。
氢氧化锂亚胺膜是一种无机材料，具有较高的质子传导性能和优良的化学稳定性。
然而，氢氧化锂亚胺膜的制备工艺复杂，且在较低温度下容易失水，限制了其在实际应用中的发展。
近年来，研究者们在质子交换膜材料的开发和改进上取得了很多进展。
一种新的质子交换膜材料是碳纳米管（Carbon Nanotube, CNT）复合材料，由于碳纳米管具有优良的电导性能和导电网络结构，可显著提高质子传导性能。
研究者们通过将碳纳米管与聚合物进行复合，制备了具有较高导电性能的质子交换膜。
此外，还有研究表明，添加纳米颗粒（如氧化锆颗粒、磷酸铈颗粒等）到传统质子交换膜中，可以显著提高其质子传导性能和化学稳定性。
除了材料的改进，质子交换膜的结构设计也是研究的热点之一、研究者们尝试使用纳米孔隙结构、多孔结构和层状结构等来改善质子交换膜的传导性能和稳定性。
离子交换膜在新能源领域中的应用实例
离子交换膜在新能源领域中的应用实例随着人们对环境意识的不断提高，新能源的发展越来越受到关注。
而离子交换膜作为一种重要的新能源技术材料，已经在许多领域中得到广泛应用。
本文将介绍离子交换膜在新能源领域中的几个应用实例。
一、燃料电池燃料电池是一种通过将氢气和氧气反应产生电能的新型电池。
离子交换膜是其中关键的材料之一。
燃料电池使用离子交换膜将氢气和氧气分开，离子通过膜管进行交换，产生电流。
离子交换膜材料的品质直接影响燃料电池的性能和寿命。
目前，离子交换膜在燃料电池中应用已经成为一种广泛使用的技术。
二、电化学电池电化学电池是一种靠电化学反应来产生电能的设备。
离子交换膜在电化学电池中也起着极其重要的作用。
电解池通常会使用离子交换膜将阳极和阴极分离开来，这样就可以控制对离子的通透性和选择性。
离子交换膜还可以用于电解水来产生氢气和氧气。
三、蓄电池蓄电池是一种将电能转化为化学能再转化回电能的电池。
离子交换膜可以直接应用于蓄电池的制备中。
蓄电池通常是由阴、阳极和中间的电解质液体组成。
离子交换膜可以作为中间电解质液体的替代品，用来分离阴、阳极，使得蓄电池能够长时间稳定地工作。
四、氢能技术氢能技术是一种将氢气作为能源来解决能源问题的技术。
离子交换膜也有着广泛的应用。
例如，在氢能汽车中，离子交换膜被用于将高压氢气和空气分开，离子通透膜使得氢气可以通过，但是能够防止空气进入氢燃料电池堆。
五、太阳能电池太阳能电池是利用太阳能产生电能的一种设备。
离子交换膜在太阳能电池中也有很重要的应用。
例如，离子交换膜被用来分离阳极和阴极，以免电池内发生短路。
另外，离子交换膜还常被用来增加太阳能电池的效率和工作时长。
总结新能源技术是当今世界科技的发展方向，离子交换膜的应用在其中发挥着重要的作用。
无论是在燃料电池、蓄电池、氢能技术、电化学电池、还是太阳能电池，离子交换膜都有着广泛的应用。
这些应用不仅使这些新能源技术更为完善，还为我们未来生活提供了更多想象空间。
燃料电池用阴离子交换膜的研究进展
燃料电池用阴离子交换膜的研究进展李建永【摘要】本文简单介分析了燃料电池用阴离子交换膜需要具备的特点,针对AEM 电导率和稳定性提升展开了深入的研究,希望可以通过提升AEM电导率和稳定性方式使AEM性能得到改善和加强,更好的满足燃料电池实际需要,降低燃料电池生产成本,提高其性能,为我国社会经济的持续稳定发展做出相应贡献.【期刊名称】《信息记录材料》【年(卷),期】2019(020)003【总页数】3页(P2-4)【关键词】燃料电池;阴离子交换膜;研究进展【作者】李建永【作者单位】浙江工业大学浙江杭州 310014【正文语种】中文【中图分类】TQ131 引言阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）属于一种新的燃料电池技术，不仅具备全固态电池结构，同时还有着氧化还原反应速率快优势，可以大幅度降低在贵金属方面依赖性，控制燃料电池生产成本。
但是当前AEMFC电池在耐久性以及放电性等参数方面尚未达到传统质子交换膜燃料电池水平，这一问题的出现主要在阴离子交换膜（AEM）方面，与传统燃料电池的质子交换膜相比，AEM的稳定性和导电率还需要进一步提高。
当前我国在AEMFC方面的研究还处于初期阶段，为了加快AEMFC研究步伐，更好的满足实际使用需要，必须要对AEM的改进和优化有足够重视度，本文就此展开了研究分析。
2 燃料电池用阴离子交换膜需要具备的特点第一，高离子传导率，正常室温下，电导率不能低于10-2S/cm，控制电池欧姆损失，使AEMFC具备更高的放电特性；第二，需要具备良好的化学稳定性和热稳定性，满足电池在高温、强碱性等环境下运行需要；第三，尺寸稳定性优异，避免在电池制备以及运行过程中因为温度等因素变化导致电池结构遭到破坏；第次，具备足够机械强度和韧性，能够满足大规模生产需要，生产成本处于可控范围。
目前AEM还存在有稳定性差以及低电导率等方面缺陷和不足，很难满足AEMFC商业化生产需要。
因此，开发有良好稳定性以及高电导率AEM已经成为当前电池行业研究的重点。
质子交换膜燃料电池的研究进展及应用前景
质子交换膜燃料电池的研究进展及应用前景随着环境保护意识的逐渐提高，对可再生能源的需求也越来越大，质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, 简称PEMFC）因其高效、清洁、可再生的特点，受到了广泛的关注和研究。
本文将对PEMFC的研究进展和应用前景进行探讨。
一、 PEMFC的基本原理PEMFC是一种将氢气和氧气通过阳极和阴极反应产生直流电的电化学装置。
其反应产物是水、热和电能。
PEMFC的基本原理是利用质子交换膜将氢气（H2）和氧气（O2）分别在阳极和阴极进行氧化还原反应，产生电子和质子，电子通过外部电路流动，质子则通过质子交换膜进行传递，在阴极与氧气结合生成水。
二、 PEMFC的研究进展1. 电催化剂的研究电催化剂是PEMFC的重要组成部分，其在反应过程中起着至关重要的作用。
为了提高PEMFC的效率和稳定性，科学家们一直在致力于电催化剂的研究。
近年来，石墨烯、碳纳米管、金属有机骨架等新型材料被广泛应用于电催化剂的制备。
2. 质子交换膜的研究质子交换膜是PEMFC的另一个关键组成部分，它需要具有高的质子传导率、化学稳定性、高的抗氧化性等特点。
目前，Nafion 是最常用的质子交换膜。
但是，由于其价格昂贵、易受污染等缺点，研究人员一直在寻求更加便宜、更加稳定的替代材料。
3. PEMFC的应用研究PEMFC已经被广泛应用于汽车、燃料电池发电等领域。
其中，汽车用燃料电池是PEMFC应用最为广泛的领域之一。
PEFC 具有高效、环保、低噪音等特点，是传统内燃机的理想替代方案。
随着科技的不断进步，PEMFC的应用前景将会更加广阔。
三、 PEMFC的优势和前景PEMFC具有以下优点：1. 高效：PEMFC将化学能转化为电能，其效率高达50%以上，比传统的发电方式效率更高。
2. 环保：PEMFC的反应产物为水和热，没有污染物的排放，是一种非常环保的能源。
3. 可再生：PEMFC所使用的原材料，如氢气和氧气等，都是可再生的资源。
阴离子交换膜燃料电池 和阴离子交换膜水电解
阴离子交换膜燃料电池和阴离子交换膜水电解1. 引言1.1 阴离子交换膜燃料电池阴离子交换膜燃料电池是一种利用阴离子交换膜将氢气和氧气直接转化为电能的新型能源装置。
它采用固体聚合物电解质膜来隔离阳离子和阴离子，在膜中通过质子传导、电子传导和氧化还原反应实现电池的电化学反应。
阴离子交换膜燃料电池的发展经历了多个阶段，从初期的材料研究到现在的系统集成和商业化应用，不断取得了重大突破和进展。
阴离子交换膜燃料电池相较于传统的质子交换膜燃料电池具有诸多优势，包括更高的工作温度范围、更高的效率和更好的耐极化性能等。
阴离子交换膜燃料电池还能够采用廉价的非贵金属催化剂，降低了成本，提高了可持续性。
阴离子交换膜燃料电池在未来能源领域具有巨大的潜力和应用前景，其独特的优势和技术特点将有助于推动能源转型和可持续发展。
通过不断的研究和创新，阴离子交换膜燃料电池将为环境保护和资源节约作出重要贡献。
1.2 阴离子交换膜水电解阴离子交换膜水电解是一种利用阴离子交换膜进行水电解的技术。
其原理是通过阴离子交换膜将水分解成氢气和氧气，从而实现水的电解过程。
阴离子交换膜水电解技术在可持续能源领域具有重要意义，可以将水分解成氢气和氧气，从而提供清洁能源。
在阴离子交换膜水电解中，阴离子交换膜起着关键的作用，可以有效地阻止氢气和氧气的混合，提高电解效率。
阴离子交换膜水电解技术还可以实现电能和氢气的转化，为能源存储提供了新的途径。
相比传统的水电解技术，阴离子交换膜水电解具有更高的效率和更低的能耗，有着广阔的应用前景。
阴离子交换膜水电解技术的发展将促进能源转型，降低对传统能源的依赖，推动环保和可持续发展。
2. 正文2.1 阴离子交换膜燃料电池的原理与发展阴离子交换膜燃料电池是一种基于固体聚合物电解质的燃料电池，其原理是通过将燃料气体和氧气在阳极和阴极两侧催化反应，产生电子流并将其转化为电能。
阴离子交换膜作为电解质，具有良好的离子传输性能，在电化学反应中起着关键作用。
离子交换膜燃料电池技术进展42页PPT
离子交换膜燃料电池技术进展
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
离子交换膜在燃料电池中的应用研究
离子交换膜在燃料电池中的应用研究近年来，燃料电池作为一种新型清洁能源受到越来越多的关注，在交通、航空、轨道交通等领域得到广泛应用。
而离子交换膜则是燃料电池中的重要组成部分，是连接阳极和阴极的隔膜。
离子交换膜的性能与稳定性直接影响燃料电池的电化学性能和寿命。
因此，如何研究和改善离子交换膜的性能成为燃料电池领域的研究热点之一。
一、离子交换膜的结构和种类离子交换膜一般是由多种聚合物材料制备而成，例如聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚砜等，它们具有良好的耐温、耐腐蚀和耐化学性能。
离子交换膜的主要结构是由聚合物主链上不断重复的离子基团组成，离子基团主要有阳离子交换基和阴离子交换基。
目前市场上主要有两种离子交换膜，分别是质子交换膜和氢氧根交换膜。
质子交换膜具有优良的性质，如导电性能高、耐化学性能好等优点，因此广泛应用在燃料电池中。
氢氧根交换膜则具有高的阴离子传递速率和低的水分子拖曳效应，因此在酸性电解质燃料电池中得到广泛应用。
二、离子交换膜在燃料电池中的作用燃料电池是通过将氢气或类似燃料在阴极和阳极上催化氧化还原反应来产生电能的一种系统。
在燃料电池中，离子交换膜作为阴极、阳极之间的隔膜，起到隔离和导电的作用。
质子交换膜和氢氧根交换膜可按不同的反应类型分别用于质子交换膜燃料电池和氧化物燃料电池中。
离子交换膜能够使质子从阴极侧跨越到阳极侧，并且不会引起电极间的直接通路，这保证了燃料电池的正常工作。
同时，离子交换膜还可以防止燃料和氧气出现混合的情况，从而使燃料电池的反应过程更加稳定。
三、离子交换膜的应用研究离子交换膜对于燃料电池的性能和寿命有着重要的影响，因此其稳定性和分离性被广泛研究。
目前，国内外对离子交换膜的研究主要包括以下几个方面。
1. 离子交换膜负载催化剂材料的研究。
离子交换膜负载催化剂是一种新型的燃料电池催化剂材料，可以有效提高燃料电池的反应速率和稳定性。
目前研究者主要研究了Pt、Pd、Au等贵金属负载在离子交换膜上的电催化性能以及负载量等因素对燃料电池性能的影响。
车用燃料电池质子交换膜研究进展
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车车用燃料电池，通常说的是氢燃料电池（质子交换膜燃料电池），是一种通过氢气和氧气进行氧化还原反应，将化学能转换成电能的发电装置。
与一般的电池不同，燃料电池只需要提供稳定的氢气和氧气，即可连续不断的提供稳定电能。
由于燃料电池的反应物是氢气和氧气，唯一生成物是水，应用在汽车上作为动力源能有效减少其它燃油车造成的环境污染问题，也因此，氢燃料汽车被认为是真正环保的新能源汽车[1]。
质子交换膜又被称作质子膜或氢离子交换膜，是一种离子选择性透过膜，它是燃料电池的重要组成部分，能够分隔阴阳极，防止燃料和空气直接混合发生化学反应，传导质子的同时阻碍电子在膜内部的传导，将电子的流动路线限制在外线路[2]。
目前市场上常用的车用氢燃料电池质子交换膜（PEM）按照膜的结构主要可以分为：均质交换膜以及复合、掺杂改性交换膜。
其中均质膜中的氟化质子交换膜的应用最为广泛，其他类型的质子交换膜研究地深入但实际应用相对来说较少。
1 均质质子交换膜均质质子交换膜按照氟化程度的的不同又可以进一步细分：全氟磺酸、部分氟化以及非氟化质子交换膜。
目前全氟磺酸树脂膜（PFSA）是燃料电池应用最为广泛的电解质膜，具有良好的化学稳定性、高的质子电导率且使用寿命长。
Nafi on®是美国杜邦公司在十九世纪六十年代开发的一种全氟磺酸树脂膜[3]，在市场上占有重要地位，Nafi on®的主链为聚四氟乙烯结构，支链为全氟醚结构，支链的末端为磺酸基团（-SO3H），正是这一的结构决定了Nafi on®同时具有良好的化学稳定性以及高的质子电导率[4]。
来自美国杜邦公司的Nafi on®系列产品是最早出现的PSFA产品，除此之外，也有不少化工行业公司设计的质子交换膜均以PFSA作为基材，例如：美国陶氏化学的XUS-B204膜、日本朝日化学的Aciplex膜，国内苏州科润的NEPEM®的N-21系列[5]以及东岳公司的全氟磺酸膜系列产品。
离子交换膜燃料电池的研究进展
离子交换膜燃料电池的研究进展离子交换膜燃料电池 (PEMFC) 是一种新型的可再生能源技术，它可以将化学能源转换为电能，同时排放物仅限于水和少量氧气。
这种技术被广泛应用于汽车、家庭电力系统和移动电力应用中。
尽管这项技术具有很大的潜力，但是在现实应用中，它还存在一些需要解决的问题，例如，高成本、热失控、催化剂失活、膜的生命周期限制等。
近年来，科学界和工业界一直在寻求解决这些问题的方法，使PEMFC 技术更快地被广泛应用。
一、催化剂的发展催化剂是 PEMFC 中最为关键的组件之一，它能够使氢气和氧气在 PEM 中快速地发生氧化还原反应以产生电能。
然而，当前最常用的催化剂—铂(Pt) 催化剂，不仅成本高昂，还很容易失活，这在一定程度上限制了 PEMFC 技术的发展。
因此，研究人员一直在努力开发更为可行的替代催化剂。
一种具有广泛应用前景的替代方案是非 Pt 催化剂，它被认为具有更好的催化活性、稳定性和低成本。
目前，Co-N4/C、Ni-Co-P/C、Fe-N-C/C 等非 Pt 催化剂已经被广泛研究和开发，它们具有良好的电催化活性和长期稳定性，可以代替 Pt 催化剂，并且在低温下产生更高的电性能。
此外，金属氧化物和金属氮化物等电化学催化剂也已得到广泛研究。
二、离子交换膜的发展离子交换膜是 PEMFC 中实现氢离子和氧离子传递的必要组件。
然而，目前最常用的离子交换膜，例如 Nafion 膜，有一些局限性，如高成本、水合度、阻力增大和耐化学腐蚀性不足等问题。
因此，开发更为高效和可靠的离子交换膜是当前PEMFC 领域研究的重要方向之一。
目前，已经研发出了多种新型离子交换膜：聚醚酰亚胺(PEEK)、聚丙烯(PP)、聚酯 (PET)、聚甲基丙烯酸 (PMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PBT)、聚芳香醚砜(PES)、聚酰胺 (PA) 等离子交换膜均已获得了较好的应用，它们的具体性能因素和适用领域也各不相同。
三、系统设计优化除了催化剂和离子交换膜的发展，系统设计的优化也是 PEMFC 技术的重要组成部分。
离子交换膜燃料电池技术进展PPT42页
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
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6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ道。——苏联
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
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可替代品
目前为止，炭载铂电极还是最好的催化剂 电极。当前主要的研究方向是降低电极的 铂载量，提高催化剂的利用率。 我国大连化学物理研究所邵志刚等人提出 了一种新的电极制作方法，在薄层催化层 电极制备中加入造孔剂，并使用喷涂方法， 使PEMFC电极中铂载量降到0.02mg/cm-2。 该方法具有操作简单，成本低，容易放大， 电池性能优良的特点。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）被认 为是继蒸汽机和内燃机之后的具有能源革 命意义的新一代能源动力系统。它是一种 绿色能源技术，它使用可再生能源资源氢 气，并可实现零排放。
质子交换膜燃料电池的优点
PEMFC的优点主要有以下5点： 能量转化效率高。通过氢氧化合作用，直接将化学能转化 为电能，不通过热机过程，不受卡诺循环的限制。实现零 排放。其唯一的排放物是纯净水（及水蒸气），没有污染 物排放，是环保型能源。 运行噪声低，可靠性高。PEMFC 电池组无机械运动部件， 工作时仅有气体和水的流动。 维护方便。PEMFC 内部构造简单，电池模块呈现自然的 “积木化”结构，使得电池组的组装和维护都非常方便； 也很容易实现“免维护”设计。 发电效率受负荷变化的影响很小，非常适合于用作分散型 发电装置（作为主机组），也适于用作电网的“调峰”发 电机组（作为辅机组）。
电池方面
质子交换膜 膜电极 催化剂层 气体扩散电极
双极板
扩散层
扩散层一方面提供反应气体、电子流和 排出生成水的通道，另一方面支持催化剂 层网络。一般应用炭纸或炭布制造，厚度 为0.18mm～0.35mm。炭纸、炭布的主要 原料是炭纤维，可分为聚丙烯腈基、沥青 基及粘胶基炭纤维三类。根据制造工艺不 同有普通型、高模量型和高强度型等系列 产品。
商用聚合物膜的改性
商用聚合物膜也可以制备交联的质子交换膜。通 常的做法是把商用聚合物膜材料通过辐射产生自 由基, 然后浸泡在适当的单体及交联剂中进行接枝 和交联, 制备成交联膜。然后再用浓H2SO4 等磺化 剂磺化制备质子交换膜。采用交联聚合物磺化法 制备质子交换膜时, 随着聚合物交联程度的提高, 后续磺化反应的难度加大, 磺化度受到限制, 将直 接影响膜的电性能。因此, 必须对交联程度进行优 化, 才能提高交联膜的综合性能。另外, 在直接对 商用膜进行改性时, 由于交联和磺化仅仅局限在基 膜的表面进行, 会造成膜中质子传导基团的分布不 均, 影响质子交换膜的电性能。
催化基层
铂含量的问题 对铂电极的改性 抗CO中毒能力 可替代品
Hale Waihona Puke 铂含量由于铂是贵金属,又是目前质子交换膜燃料电 池的最好的催化剂，所以在没有找到可替代的 催化剂之前，着重提高铂的利用效率,降低其 用量是应该考虑的。目前所使用的Pt/C催化 剂,Pt含量10%~40%, 0.05~0.2mg/cm2,即使 颗粒直径在20nm以下,Pt效率仅为10%左右。 使用Pt-Cr-Cu合金 (Cu:60%,Cr:14%,Pt:25.5%),可提高效率4~8 倍。
尽管Nafion膜具有优越的稳定性和质子导电 性，但其价格昂贵，选择透过性较差。在 直接甲醇燃料电池中由于甲醇渗透，部分 作为燃料的甲醇在阳极未经氧化而直接穿 透Nafion膜到达阴极，致使直接甲醇燃料电 池（DMFC）的能量效率大为降低。
质子交换膜的改性
化学交联法在质子交换膜制备中的应用 化学交联是提高质子交换膜性能的一种有 效方法。交联质子交换膜具有较低的水溶 胀性、甲醇渗透性, 以及较高的热、力学稳 定性。使用化学交联法制备质子交换膜时, 通常采用交联聚合物磺化法、磺化聚合物 交联法和共混聚合物交联法等三种方法。 采用不同方法交联时, 交联活性点的选取各 不相同,制备的交联质子交换膜性能也有差 异。
是可用作自行车、助动车、摩托车、汽车、 火车、船舶等交通工具的动力，以满足环 保对车辆船舶排放的要求 工作温度低，启 动速度较快，功率密度较高（体积较小） 因此，很适于用作新一代交通工具动力。 这是一项潜力十分巨大的应用 。
是可用作分散型电站。PEMFC 电站可以与 电网供电系统共用，主要用于调峰；也可 作为分散型主供电源，独立供电，适于用 作海岛、山区、边远地区或新开发地区电 站。
抗CO中毒能力
低温工作下的 PEMFC的电催化剂易吸附co而中毒 (co的浓度＜20×10ˉ6 )，Pt表面吸附了CO后,会 降低H在铂金上的吸附,进而影响H2的电化学反应. 只有当阳极电势升到~0.6V(相对于标准氢电极) 时,CO才会被氧化成CO2,这就造成电池电压损失, 电池效率大大降低,因此CO中毒问题一直是为了 PEMFC研究的重要课题。提高其抗CO中毒的能力， 多采用 Pt-Ru/c贵金属合金电催化剂。K.A.Starz等 用碳载铂铑双金属催化系统制成电极，可耐受 100×10ˉ6的CO。
废旧全氟磺酸质子交换膜的回收和 利用
全氟磺酸质子交换膜是一种氢离子良导体, 电子绝缘体的高分子聚合物。由于其具有 优良的机械、热、化学和电化学稳定性,已 被广泛地用于氢氧燃料电池,电解水制备臭 氧、电解水制备氢气和氧气、有机电合成、 气体传感器以及和醋酸膜构成复合膜应用 于氯碱工业等。
由于技术原因国内还不能生产质子交换膜,一 直都依赖进口,每年都需要花费大量的外汇,能够回 收利用这些质子交换膜具有十分重要的实际意义。 全氟磺酸树脂溶液有很广泛的应用,在质子交换膜 燃料电池的电极制备过程中,为了在PEMFC 电极催 化层内建立质子通道,增加电化学反应界面,需要向 催化层内浸全氟磺酸树脂溶液;也可以利用全氟磺 酸树脂溶液修饰电极、修补氯碱工业膜或制备再 铸膜。 目前有关许多报道关于用一定配比的乙醇和 水溶液，在一定温度和压力条件下，溶解质子交 换膜制备成溶液。我们可以利用相同的方式回收 废膜，制备全氟磺酸树脂溶液。
试验表明： 1. 在铂炭复合电极催化层内添加少量Nafion 乳液，可有效地增大金属铂催化剂的反应 界面，提高铂的催化利用率，从而明显的 改善燃料电池的放电性能。 2. 当电极板中Nafion乳液的含量为3％～5％ 时，燃料电池的放电电压和电流密度都处 于高峰值状态。用不同方法配制的Nafion 乳液对燃料电池放电性能也有一定影响。
以磺化聚合物中其它基团作为交联 活性点
如果磺化聚合物中可以找到其它官能团作 为交联点, 选用合适的交联剂, 不降低离子 交换容量( IEC) 即可制备交联的质子交换膜。 对于种类丰富的碳氢聚合物来说, 这种交联 方法的关键问题是寻找或设计聚合物主链 上适合交联反应的官能团。
3.聚合物共混体系的交联改性
质子交换膜
质子交换膜是PEMFC的核心，其性能将直 接影响PEMFC的电池性能，能量效率和使 用寿命。PEMFC中应用最为广泛的质子交 换膜为美国Du Pont公司生产的Nafion全氟 磺酸质子交换膜。
1.
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Nafion膜的基本骨架是聚 四氟乙烯，一定长度的 主干链上接枝氟化的醚 支链，支链的末端为磺 酸基团。 由分子式可以看出， Nafion膜是一种不交联的 高聚物，在微观上可分 为两部分： 一部分是离子集团群， 含有大量的磺酸基团， 它既能提供游离的质子， 又能吸附水分子。 一部分是憎水骨架聚四 氟乙烯，具有良好的化 学稳定性和热稳定性。
聚合物共混可以综合体系各种组分的优点, 制备综合性能更优的高分子材料。在含有 质子交换基团的聚合物共混体系中, 将某一 种组分经过化学交联, 可以形成(半) 互贯聚 合物网络, 从而提高原体系中各组分的相容 性和相互作用力, 提高体系的热、力学性能。
4.交联质子交换膜的性能优化
与未交联膜相比, 交联质子交换膜具有较低的水溶 胀性、甲醇渗透性, 以及较高的热、力学稳定性。 但同时交联也使质子交换膜的性能出现了一些新 问题。例如交联通常会造成质子交换膜的电导率 降低, 脆性增加。交联会影响膜的微观结构, 可能 在膜中产生微观相分离, 并由此导致膜的性能下降。 因此, 必须深入研究交联膜的微观结构与性能的关 系, 研究制备条件, 如交联程度、离子交换容量、 交联剂种类等对性能的影响。协调交联膜的微观 结构, 制备条件与性能之间的关系, 才能使交联质 子交换膜的综合性能得到优化。目前这方面的文 献报道很少, 研究工作有待于进一步深入展开。
双极板
离子交换膜燃料电池技术 进展
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前言
众所周知，第一代动力系统蒸汽机和 第二代动力系统内燃机消耗了大量不可再 生的化石能源资源，且造成了严重的环境 污染。人类社会的可持续发展问题正面临 严峻挑战。根据国际能源机构预测，随着 经济的发展、社会的进步和人口的增长， 全世界的能源消耗在今后20年至少增加一 倍。如果没有新型的能源动力，世界将从 目前的能源短缺很快走向能源枯竭。为解 决经济发展与能源短缺及环境污染之间日 益加剧的矛盾，发展清洁、高效、可持续 发展的新能源动力技术已成了十分紧迫的 任务。
质子交换膜燃料电池的应用
PEMFC 的应用十分广泛，主要应用领域可 分为以下三大类： 用作便携电源、小型移动电源、车载电源、 备用电源、不间断电源等，适用于军事、 通讯、计算机、地质、微波站、气象观测 站、金融市场、医院及娱乐场所等领域， 以满足野外供电、应急供电以及高可靠性、 高稳定性供电的需要。
2.磺化聚合物的化学交联
以磺酸基团作为交联活性点 以磺化聚合物中其它基团作为交联活性点
以磺酸基团作为交联活性点
磺化聚合物中的磺酸基团具有较强的反应 活性, 可以和多元胺、多元醇发生缩合反应, 甚至可以受热后发生自交联。由于质子交 换膜的电性能直接取决于膜中磺酸基团的 数量, 因此这种交联方法会不可避免地造成 质子交换膜电导率降低。使用这种交联方 法改性时, 必须注意协调交联膜的电性能降 低与其它性能提高之间的矛盾, 即必须做到 交联程度的优化, 才能达到提高交联膜综合 性能的目的。
氢是世界上最多的元素，氢气来源极其广泛，是一种可再 生的能源资源，取之不尽，用之不绝。可通过石油、天然 气、甲醇、甲烷等进行重整制氢；也可通过电解水制氢、 光解水制氢、生物制氢等方法获取氢气。氢气的生产、储 存、运输和使用等技术目前均已非常成熟、安全、可靠。 在近年内，氢气的来源仍将以化石燃料重整制氢为主；但 从长远看，人们更倾向于将氢气视为储能载体，氢气来源 将主要依靠可再生的能源资源。在人类社会进入氢能经济 时代后，氢能将主要来自太阳能、风能、水能、地热能、 潮汐能以及生物能。太阳能、风能、水能、地热能、潮汐 能将大规模地用于发电并用于电解水，从而大量地将这些 不可直接存储的能量以氢能形式存储起来，供人们需要时 使用；此外，通过生物制氢的方法，城市和农村地区都可 以从有机垃圾和植物体中获取大量生物能（如甲烷）