ZrO2基固体氧化物燃料电池中电荷输运研究

分析了以甲烷为燃料气体、空气为氧化气体的固体氧化物燃料电池中电子、氧离子在电池的阴极、阳极和电解质中的输运过程以及电子导电型电极有效反应区结构.具体研究了Pt|YSZ|Ag固体氧化物燃料电池(SOFC)的输出功率与电池运行温度的关系并与实验结果进行了对照,探讨了燃料电池中的主要电荷输运过程与电极有效反应区结构的关系以及它们对电池性能的影响因素.研究表明:在固体氧化物燃料电池中,电解质/电极/气体所形成的三相界面的结构、电极本身的导电性能和运行温度都直接影响电池的性能.     

两种不同阳极材料SOFC的性能及阳极反应机制

简述了两种不同燃料电池Ｐｔ｜ＹＳＺ｜Ａｇ和Ｐｔ｜ＹＳＺ｜Ｎｉ／ＹＳＺ燃料的研制,并测试了这两种电池的开路电压随运行温度的变化关系。实验表明,随温度的升高,开路电压的增长表现出阶段性增加,且其增长速率与所采用的电极材料有直接的关系。从材料的结构和性能分析这两种燃料电池的不同阳极材料的反应机制,认为对于采用电子型导电阳极Ａｇ的Ｐｔ｜ＹＳＺ｜Ａｇ燃料电池,其电化反应区域主要在三相界面（Ａｇ电极／电解质／气体）;而对于采用具有电子－离子混合导电能力阳极的Ｐｔ｜ＹＳＺ｜Ｎｉ／ＹＳＺ燃料电池,其电化反应区除三相界面外,还将扩展到两相界面（电极／气体）,且这种混合导电的电极能改善电池的性能。     

热压复合的燃料电池用亲水-憎水复合电极

对憎水电极和亲水电极进行热压复合,制备了燃料电池用亲水-憎水复合气体扩散电极;通过极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)等方法研究了电极结构对电池性能的影响。该复合电极既具有憎水电极气体扩散速度快的特点,又具有亲水电极质子传导通道多的优点,降低了电化学反应电阻,扩大了催化反应的三相界面,提高了燃料电池的性能。在电流密度为1000mA/cm2时,使用复合电极的电池的电压比使用亲水电极和憎水电极的电池分别高19.6%和15.1%。     

不同流道形式的固体氧化物燃料电池性能分析

在固体氧化物燃料电池(SOFC)中,流道结构对反应物在三相反应界面的分布具有重要的影响。为研究流道结构对其电化学性能的影响,建立了一个SOFC三维数值模型,对其进行电化学反应,气体的扩散和流动,多组分传递和电池温度场的多物理场耦合,所得结果与实验数据吻合良好。研究发现,将燃料电池通道的几何形状由矩形改为圆形和弓形时,在一定条件下弓形流道和圆形流道的电池输出功率均有所提升,其中弓形流道在0.6 V电压下输出功率密度达到最大,为3 873W/m~2。研究模型及结论对SOFC的结构改进与性能分析具有参考意义。     

YSZ单晶电解质-熔融Sn阳极直接碳燃料电池反应特性

直接碳燃料电池(direct carbon fuel cell,DCFC)能够将固体碳燃料的化学能通过电化学反应连续地转化为电能,采用熔融Sn作为阳极可望实现储能发电一体化。该文以YSZ单晶作为电解质测试熔融Sn阳极DCFC反应特性。结果表明,光滑的电解质–电极界面有利于Sn与反应界面的充分接触以及界面固体产物层SnO2的剥离,从而降低欧姆阻抗和活化阻抗。在电池模式下,随着放电时间的增加,固体产物SnO2不断积累,导致电导率下降,阻碍了氧离子输运,造成电池性能迅速下降。温度升高可有效提高熔融Sn阳极电池或直接碳燃料电池性能;900℃温度条件更为有利于碳与SnO2反应以及Sn电化学反应的进行。     

CH_4-O_2型管状固体氧化物燃料电池电性能的研究

研制了管状固体氧化物燃料电池(SOFC)试验系统,电池的结构形式分别是:(一)Pt|YSZ|Pt(+)和(-)Pt|YSZ|La(Sr)MnO_3(+)以CH_4为燃料,O_2为氧化剂气体,对所研制的管状SOFC试验电池的电性能进行了研究.考察了500～700℃温度范围内的电流电压特性和电流功率特性.研究结果表明,甲烷无需经水蒸汽转化,直接送入SOFC试验电池系统,就有明显的电流产生,电池的输出电流和输出功率随温度的升高而显著提高.分析了甲烷在SOFC内直接进行电化学反应的机理,固体电解质可作为离子源或离子接受体,形成反应活性位,控制金属电极催化剂的功函,促进甲烷在阳极的氧化反应.     

固体氧化物燃料电池及其混合发电系统的现状及开发

固体氧化物燃料电池（SOFC）以其高能量转换效率、高比功率、无运动部件、堆积结构以及环境友好等特点日益受到重视。文章从燃料电池本体以及基于燃料电池的混合发电系统两方面对发达国家固体氧化物燃料电池的发展进行了调查,通过不同国家开发的电池以及混合发电系统的比较分析,对今后固体氧化物燃料电池的发展起到一定的指导作用。基于对燃料电池外形尺寸、进气道的尺寸和形状等电池结构进行了分析,得出不同结构下电池性能的变化,得到了最有利于燃料电池性能的设计参数。研究结果表明,低电流时,随着多孔电极进气道孔径的增加,电池输出电压也降低;而高电流时,电池输出电压先增大后减少,在孔径为5 mm时电池输出电压最大。     

电极结构对质子交换膜燃料电池性能的影响

采用沉积法制备质子交换膜燃料电池电极,研究了电极结构对电池性能的影响。催化层内憎水材料聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）形成憎水孔,为气体传递提供通道,减小传质过电位,但是过多的ＰＴＦＥ将增大电子阻力;催化层内浸入质子导体Ｎａｆｉｏｎ,为质子传递提供通道,增大电化学反应界面,提高催化剂的利用率,但过多的Ｎａｆｉｏｎ将减少气体通道,增大气体传递阻力;同样催化层中催化剂亦有最适值,过少不能满足电极电化学反应的要求,过多将增大气体和质子传递阻力。本文所制的电极在获得最佳电池性能时,催化层内催化剂Ｐｔ为６ｍｇ／ｃｍ２,Ｎａｆｉｏｎ为０．５ｍｇ／ｃｍ２,ＰＴＦＥ为１０％。     

氧化物燃料电池动态性能的COMSOL模拟

电池的温度和气流流动的主要影响因素是热量的生成和散发,同时材料间的相互扩散也会导致电池性能的逐步降低,所以氧化物燃料电池中气流、压力、气体浓度的相互关系的描述在氧化物燃料电池的研究、开发中是非常有必要的。通过COMSOL软件建立氧化物燃料电池仿真模型模拟电池的动态性能,进一步研究电池内气相流动结构、质量平衡及能量守恒等问题。借助对电池两极内气体的浓度、质量以及压力等的观察分析,确定单电池内电流分布以及反应气体质量的实时改变情况,为氧化物燃料电池结构的优化设计和参数控制提供参考。     

单室固体氧化物燃料电池的研究进展

单室固体氧化物燃料电池是一种新的燃料电池。它是将燃料直接与空气混合,导入电池反应器,因而其构造更为简单。现今研究的重点在于提高电极材料在燃料 空气混合气中的选择性及阐明电极反应过程的机理,为开发适合单室燃料电池系统的电极和电解质材料提供理论基础。介绍了单室固体氧化物燃料电池的工作原理,概述了其发展历史和目前所取得的主要成果,讨论了其存在的主要问题以及今后的发展方向。     

甲烷在固体氧化物燃料电池阳极氧化性能研究

报告了甲烷在固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）阳极直接氧化的实验结果。试验表明,甲烷在阳极的氧化过程存在多种反应机制,反应机制取决于电池工作温度和反应空速等。随着温度的升高,甲烷转化率提高,Ｈ２和ＣＯ生成量也不断增加。在ＳＯＦＣ中甲烷不是按完全氧化反应方式进行,而是部分氧化反应过程。随着反应空速的增大,甲烷转化量及Ｈ２和ＣＯ的生成量呈下降趋势。研究发现,干甲烷气作为燃料时,阳极表面可能产生积碳。当电池中通入氧气或水蒸汽时可以消除积碳。在考察ＮＥＭＣＡ效应对ＳＯＦＣ电性能的影响时发现,当外加与电池内部电场同向的电场时,能促进Ｏ２－溢流到阳极表面,改变催化剂的表面功函,改善ＳＯＦＣ电性能。     

氢氧化镍材料的反应机理和电极制备

目前商业化的氢氧化镍材料是β-Ni（OH）2／β-NiOOH,研究比较多的是具有螺旋结构的α-Ni（OH）2／γ-NiOOH。系统全面地阐述了氢氧化镍电极材料的物理与化学性能;综述了该材料的研究现状;探讨了未来的研究发展方向。重点分析了氢氧化镍电极的制备和电极的反应机理。     

少维护大容量超高倍率镉镍电池的研究

报道了采用烧结正极与拉浆负极匹配的GNFC 6 0少维护超高倍率镉镍电池的研究。通过调整烧结基板工艺参数 ,在正极浸渍液中添加Co2 +、Cd2 +作为电极添加剂与活性物质共沉在电极中 ,有效提高了电极的电性能和机械强度。混合粘合剂 (CMC +电池添加剂 )以及导电剂的使用 ,使负极形成疏水、多孔结构 ,提供氧复合所必须的三相界面 ,加大了氧复合能力 ,提高了电极体积比容量。同时 ,选择合适厚度 (0 .16～ 0 .19mm)、适宜透气率 [0 .36 7(m3/m2 ·s) ]的隔膜 ,以及对电解液的严格控制 ,使氧复合能力达到最佳 ,避免了大容量电池使用过程中的热失控现象 ,既满足电池在 10C5A电流下持续工作能力 ,又使电池的维护量降至最低 ,有效地解决电池漏液、爬碱等问题。样品电池的测试结果均满足IEC标准中的各项性能指标。     

沉淀法Al_2O_3对填充锂正极材料性能的影响

解决单质硫导电性问题是提高锂硫电池性能的关键。纳米氧化物不仅能提高硫电极的孔隙度,还能吸附较多硫离子,对电池的氧化还原反应起到催化作用。研究了纳米氧化物Al_2O_3对单质硫电化学性能的影响,并采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、粒度分析仪对电池材料物相、颗粒形貌和粒度分布进行表征。利用高精度电池性能分析测试系统对正极材料、电池进行电性分析。     

单片立式气体扩散电极初探

介绍了一种新型气体扩散电极——片状立式气体扩散电极三相界面的工作原理和优点,这种片状电极可用于气体参与反应的金属一空气电池和燃料电池。介绍了电极的制备方法,并以锌一空气单电池为例介绍了单电极的电池装置。通过实验比较了不同的聚四氟乙烯含量配方以及不同基体的单片电极在相同的实验条件下分别进行的放电性能,实验得出结论：FTFE的含量为10％和表面均匀程度高时,电池性能较好。     

高压脉冲放电水处理技术的理论研究

为了探讨高压脉冲放电水处理技术的机理及模型,归纳、概括了高压脉冲放电过程中物理效应的形成及其作用、液体介质的击穿机理及击穿模型,还分析了高压脉冲放电过程中发生的化学过程。所得结论为:弧光放电发射的光辐射最强,火花放电次之,流光放电较弱;紫外辐射可把臭氧和过氧化氢分解为氧化性更强的羟基;冲击波可间接引起热解和自由基反应;液体介质的击穿主要可分为电击穿理论、热力(气泡)击穿理论,建立的模型在一定的范围内能准确地预言实验结果;气、液界面发生苯酚降解的化学反应是羟基进攻和臭氧氧化,氧气和氩气导致形成不同的降解副产品,而溶液中的化学过程则主要是羟基进攻。     

碳酸铅作为铅酸蓄电池电极材料的研究

根据我国已制定的攀登计划项目中关于方铅矿碳酸化转化的清洁炼铅的思想,为探讨从碳酸铅直接生产铅酸蓄电池的可行性,采用粉末微电极技术和循环伏安法研究了ＰｂＣＯ３ 转化为铅酸蓄电池电极活性物质的途径。结果表明,在不加入任何添加剂的情况下,微电极中ＰｂＣＯ３ 粉末在Ｈ２ＳＯ４ 溶液中经化学转化－ 电化学活化后,正、负极的伏安行为与文献报道的铅电极上的类似,可见,以ＰｂＣＯ３ 为电极材料制造铅酸蓄电池电极是可行的。此外,还研究了几种因素对ＰｂＣＯ３ 转化的ＰｂＳＯ４／Ｐｂ 电极性能的影响     

锂离子电池电解液成膜添加剂的研究进展

综述了负极型和正极型成膜添加剂的研究进展.介绍了电极材料表面固体电解质相界面(SEI)膜的形成过程.基于分子结构与量子化学性质的关系,说明了成膜添加剂的作用机理.展望了成膜添加剂的发展方向.     

碱性锌锰电池可充性的研究

碱性锌锰电池通过工艺改良可作二次电池使用。讨论了可充碱性锌锰电池正负极的充放电反应机理以及过充电和过放电对电池的影响;介绍了这种可充电池的电极设计、配方和工艺改进方法;比较了可充LR6电池和普通LR6电池的充放电性能;通过对碱性锌锰电池几方面的改良,电池的充放电循环寿命可达到100次以上。最后分析了可充碱性锌锰电池存在的问题和解决方案。