低温燃料电池用催化剂载体的研究

对目前普遍使用的碳黑载体,以及碳纳米管、介孔碳和碳气凝胶等新型碳载体作为低温燃料电池催化剂载体进行了评述,并对导电陶瓷作为燃料电池催化剂载体的可行性进行了探讨。最后,本文对低温燃料电池催化剂载体研究进行了展望。     

燃料电池用碳材料的研究进展

碳材料因其具有独特的物化性能以及各异的形态而成为电池部件的重要原材料,广泛应用于燃料电池中。以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例,介绍了燃料电池中电极基质、双极板、担体碳和贮氢碳材料的研究进展。涉及燃料电池电极基质和双极板的制备工艺与性能,以及催化剂担体碳的不同粒度、聚集形态对催化剂活性的影响。并对纳米碳贮氢材料在燃料电池方面的研究应用做了简单的评述。     

质子交换膜燃料电池催化剂的稳定性

质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化面临的一个主要问题是电池的耐久性问题,催化剂的稳定性下降是影响其寿命的关键因素之一。从Pt的溶解再沉积,Pt的团聚长大及碳载体的腐蚀等方面探讨了影响催化剂稳定性的主要因素,概述了提高催化剂稳定性的几种研究思路,并对PEMFC催化剂的发展趋势进行了展望。     

催化剂对内重整直接碳燃料电池性能的影响

采用炭黑在管式电池内部气化的产物作为直接碳燃料电池运行的燃料,考察了纯炭黑燃料电池;Ca(OH)2 600℃预处理,再负载Fe盐、K盐的炭黑燃料电池(预处理燃料电池;直接负载Ca(OH)2、Fe盐与K盐的炭黑燃料电池(未预处理燃料电池)的性能及其影响因素。研究发现,经过Ca(OH)2 600℃预处理,再负载Fe盐、K盐的碳基燃料电池的性能与前者相比有明显提升,在800、850、900℃下的最大功率密度分别为47.4、62.3、77.9 mW·cm-2;与未经过Ca(OH)2 600℃预处理的相比,电池在运行过程中催化剂未出现失活现象。     

碳纳米管作燃料电池催化剂载体的研究进展

综述了用碳纳米管(CNTs)作质子交换膜燃料电池和直接甲醇燃料电池催化剂载体的研究进展,主要介绍了CNTs的预处理方法及作用、CNTs作载体的催化剂的制备方法和性能。CNTs具有独特结构、合适的比表面积、低的电阻和高的稳定性,因此,以CNTs为载体的催化剂的电催化性能要优于以活性炭或炭黑为载体的催化剂的性能。     

锂空气电池空气电极研究进展

锂空气电池作为理想的高比能量化学电源,成为近年来的研究热点。综述了近年来锂-空气电池空气电极催化剂和碳载体的最新研究进展,比较了过渡金属氧化物催化剂和贵金属催化剂在空气电极上的电催化行为,总结了碳载体的孔容利用率及其比表面积和孔径大小的关系。此外,还介绍了新型碳泡沫材料的制备方法及掺氮碳载体的研究。     

韩国科学家掺杂石墨烯用做燃料电池催化剂

正韩国蔚山国立科技大学(UNIST)研究团队研发出一种具有高性能、高稳定性的无金属催化剂。该研究成果发表在科学期刊《Nanoscale》上。化石燃料的稀缺和日益增长的能源需求刺激了对能源转换和储能系统的研究,燃料电池因其高能量密度和无环境污染的显著优势,在众多的能量系统中脱颖而出。燃料电池被认为是未来电动汽车的电源首选,而氧还原催化剂是提高燃料电池性能的关键所在。     

钯基醇氧化电催化剂的研究进展

直接醇燃料电池作为便携式电子产品的电源受到广泛关注,传统的直接醇燃料电池使用质子导电膜和铂基催化剂,存在一些问题。因此,设计使用非铂催化剂的碱性膜醇燃料电池受到格外重视。其中钯被认为是重要的铂取代材料。评论了碱性介质中醇类在Pd基电催化剂上氧化的热点问题,综述了Pd基催化材料的设计和最新研究进展及载体材料对Pd基催化剂催化氧化醇类的动力学性能、稳定性的影响及选择性氧化机理。     

石墨烯用作直接甲醇燃料电池阳极催化剂载体

直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化剂是决定电池性能、寿命和成本的关键材料之一。近年来人们主要从提高催化剂活性和降低催化剂成本两个方面出发进行了大量的研究,有力地推动了直接甲醇燃料电池的发展。石墨烯作为一种载体材料能够显著提高催化剂的催化活性和稳定性,引起了人们极大的兴趣。介绍了近几年石墨烯在直接甲醇燃料电池阳极催化剂载体的进展,并对其在未来的应用进行了展望。     

碳材料在金属化合物固态储氢中的应用

氢的安全、经济和高效储运是制约燃料电池-氢能推广应用的重大障碍.金属化合物固态储氢因理论质量储氢密度高、体积占比小、储氢压力低和安全性高,是以潜艇为代表的密闭空间场合用燃料电池的首选氢源,但热力学稳定和动力学释放氢缓慢等问题限制了其性能的发挥.碳材料因强结构设计性、独特的电子性质和高导热性,在金属化合物储氢中的研究日益广泛.基于此,从纳米结构约束、催化剂和添加剂三个角度,对金属化合物储氢中碳材料的应用进行了归纳,阐述了金属化合物/碳复合材料的制备和结构以及碳发挥有益效果的作用机制.     

非晶态合金催化剂在低温燃料电池中的应用

介绍了非晶态合金作为催化剂在低温燃料电池中应用的情况。由于受工作环境的限制,低温燃料电池对催化剂的要求比较高。从非晶态合金的结构特点出发,分析了其能够作为潜在的高效、长寿命催化剂应用在低温燃料电池中的原因。根据已有的文献,总结了几种低温燃料电池用非晶态合金催化剂的制备方法,并简单介绍了文献中已有的一些非晶态合金在燃料电池中的应用。     

质子交换膜燃料电池催化剂的耐久性研究

燃料电池的耐久性问题是阻碍其商业化应用的一个重要原因阐述了近年来质子交换膜燃料电池催化剂耐久性的研究进展。研究表明,电池长时间运行后,催化剂碳载体会受到腐蚀,Pt颗粒会发生溶解、团聚、烧结。其主要影响因素被认为是:高电势、高温(50～90℃)、低pH(<2)及潮湿的运行环境等。还提出了增强催化剂耐久性的一些方法。     

直接甲醇燃料电池阴极催化剂的研究进展

直接甲醇燃料电池（DMFC）功率密度高,燃料甲醇易得、储存和携带方便,既可作为大型的动力电源,又可作为小型电子设备的电源,是目前燃料电池研究领域的一个热点。但由于甲醇渗透、贵金属的使用等问题,阴极催化剂还有很多方面需要改善。介绍了近年来直接甲醇燃料电池阴极催化剂的研究与进展,提出了存在的问题及可能的发展趋势。     

PtCr/C-Nafion 膜氧电极的电催化活性

氧还原电催化剂的研究对聚合物电解质膜燃料电池技术的发展具有极其重要的意义。实验表明某些碳载铂的二元合金可以改善聚合物电解质膜燃料电池中氧还原的电催化性能。本工作的目的是考察ＰｔＣｒ／Ｃ作为氧电极催化剂的活性。采用松木碳为载体和水合肼为还原剂,通过化学还原沉积法制得Ｐｔ／Ｃ和ＰｔＣｒ／Ｃ催化剂。通过涂层和热压得到催化剂－Ｎａｆｉｏｎ膜电极。用电流－电位极化和恒电流放电法研究了催化剂－Ｎａｆｉｏｎ膜电极的性能。与Ｐｔ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜电极比较,ＰｔＣｒ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜电极对氧的电化学还原显示出高的活性。热处理催化剂的活性比未热处理的高。ＸＲＤ分析结果表明,热处理催化剂活性的提高看来主要是由晶格结构改变的结果引起的。     

DIR-MCFC性能影响因素研究

将甲烷水蒸气重整制氢反应与熔融碳酸盐燃料电池技术相结合,构成了以甲烷为燃料气的直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(D IR-M C FC)。考察了影响电池性能的条件,发现反应气压力增加会提高电池性能,反应气压力由0.1M Pa升至0.6 M Pa,在150 m A/cm 2下,电池电压约提高200 m V;增加甲烷流量利于提高电池性能,但需要合理选择甲烷的利用率;常压下,进气水碳比为1时同等电流下电池初始电压较进气水碳比为2时高30～50 m V,而在0.6 M Pa下这两种进气水碳比对电池初性能影响不大;0.6 M Pa、水碳比为1时,催化剂容易积碳,从而降低电池运行的稳定性,因此,电池在较高压力下运行时应适当提高进气水碳比。     

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。     

新型混合燃料电池采用海水作阴极

正近日,韩国蔚山国立研究所和德国卡尔斯鲁尔理工学院的科研人员研发出一种新型燃料电池,其存储系统使用海水作为阴极。根据科研人员在论文中的描述,该存储系统是电池和燃料电池之间的媒介,因此,可以把它看成是一种混合燃料电池。在开放性的阴极系统中,海水处于循环流动的状态,可以不断供应钠离子,使存储系统的稳定性非常好。所以,可以使用不同的替代阳极,以弥补不可逆转的充电损失。硬碳和Sn-C纳米复合材料电     

基于不同碳载体催化剂的燃料电池催化层在动态启停工况下的耐久性研究

启动-关机过程中阳极的氢-空界面,会导致阴极催化层出现高电位（1.4～1.5 V）,严重腐蚀催化剂的碳载体。这是影响燃料电池动态运行寿命的主要因素之一。本文基于3种典型碳载体的催化剂,制备了燃料电池膜电极。并构建阳极侧氢-空界面,模拟实际启停过程,研究了3种膜电极在循环启停过程中交流阻抗、电化学活性面积及极化性能的变化规律。结果表明,石墨化碳载体可耐受900次启停,无定形的多孔型碳仅可运行250次启停,而半有序结构的高比表面积碳可运行450次启停。     

基于不同碳载体催化剂的燃料电池催化层在动态启停工况下的耐久性研究

启动-关机过程中阳极的氢-空界面,会导致阴极催化层出现高电位（1.4～1.5 V）,严重腐蚀催化剂的碳载体。这是影响燃料电池动态运行寿命的主要因素之一。本文基于3种典型碳载体的催化剂,制备了燃料电池膜电极。并构建阳极侧氢-空界面,模拟实际启停过程,研究了3种膜电极在循环启停过程中交流阻抗、电化学活性面积及极化性能的变化规律。结果表明,石墨化碳载体可耐受900次启停,无定形的多孔型碳仅可运行250次启停,而半有序结构的高比表面积碳可运行450次启停。     

直接乙醇燃料电池的研究现状及前景

以纯氢为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)已日趋成熟,直接甲醇燃料电池(DMFC)的研究比较活跃,鉴于氢存储较难且甲醇有毒,人们试图开发采用来源丰富、毒性低、可再生的燃料如乙醇的燃料电池。综述了乙醇在Pt上氧化的电催化机理,直接乙醇燃料电池(DEFC)的阳极电催化剂,电解质膜及其改性,电池性能及其影响因素,并对分别采用纯氢、甲醇和乙醇作为燃料的PEMFC、DMFC和DEFC三种燃料电池进行了对比,阳极电催化剂和电解质膜的研究改进是今后DEFC的工作重点。