基于无机固体酸的燃料电池用质子交换膜的研究进展

概述了基于无机固体酸的燃料电池用质子交换膜的发展背景以及研究现状,较详细地介绍了这类电解质膜的导电机理及其在机理方面的研究,展望了其发展前景,也提出了固体酸电解质膜应用中必须解决的问题.     

玻璃密封胶与固体氧化物燃料电池元件相容性分析

采用高温熔融法制备了用于固体氧化物燃料电池的一系列SrCO3-Al2O3-SiO2(SAS)系统玻璃陶瓷材料.通过调节封接材料中的SrCO3的含量可以控制玻璃陶瓷的热膨胀性能.结果表明,SrCO3含量为19.85mol%的玻璃陶瓷密封胶在25～850 ℃之间的平均热膨胀系数α为12.52×10-6 K-1,这与La0.8Sr0.2MnO3(LSM)阴极,YSZ电解质和Fe-Cr合金连接体等电池元件之间有良好的热膨胀匹配性.在800～900 ℃范围内,SAS体系密封胶与上述的电池元件有很好的相容性,该密封胶与LSM和YSZ电解质等电池材料之间有很好界面接合性,并且在电池的工作温度下有很好的热稳定性,在850℃烧结120 h以后其失重率基本不再发生变化,在烧结140 h后的失重率仅为0.378%.经放电实验检测,该密封材料的封接性能良好,开路电压为1.03V,放电的最大功率密度为183 mW/cm2.结果表明,SrCO3-Al2O3-SiO2系统玻璃陶瓷密封胶可以作为固体氧化物燃料的封接材料.     

阳极支撑型ITSOFC密封材料SrO-La2O3-Al2O3-B2O3-SiO2微晶玻璃的研究

研究了应用于阳极支撑型的中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)密封的SrO-La2O3-Al2O3-B2O3-SiO2体系微晶玻璃不同组分的线膨胀率,结果表明当微晶玻璃粉组成SrCO3 28.14%(摩尔分数),La2O3 21.17%(摩尔分数),Al2O3 7.22%(摩尔分数),H2BO3 41.72%(摩尔分数),SiO2 1.76%(摩尔分数)(SLABS3) 时,最符合ITSOFC密封要求.差热分析结果表明SLABS3的玻璃转变温度在670℃～760℃之间,结晶温度在813～840℃之间,玻璃软化点约在900℃,XRD测试表明微晶玻璃与Ni-La0.3Ce0.7O1.85(Ni-LDC)阳极化学相容性好,将微晶玻璃和Ni-LDC在850℃烧结100h后,SEM观察界面粘附性好,EPMA测试界面的元素含量结果表明,虽然阳极的Ce会向微晶玻璃扩散10μm的深度,但观察不到微晶玻璃的元素向Ni-LDC扩散现象.用SLABS3密封模拟电池,测试开路电压结果表明SLABS3的密封效果和稳定性良好.     

Sealing Glass of Barium-Calcium-Aluminosilicate System for Solid Oxide Fuel Cells

Glass-ceramic materials were developed as a sealant in the solid oxide fuel cell （SOFC） in the temperature range of 800 -850 ℃. The glass materials were based on the glass and glass-ceramic in the BaO-CaO-Al2O3-SiO2-La2O3-B2O3 system. The thermal expansion coefficient （TEC） decreased with lower Ba^2＋ content and higher Ca^2＋ content, but the glass transition temperature and crystallization temperature increased greatly with an increase in Ca^2＋ content and a decrease in Ba^2＋ content, when the other components in the sealant were invariable. The TEC of the sealant with Ba^2＋ content of 25.4% was 10.8 × 10^-6 K^- 1（temperature range from 25 to 850℃）, and its softening temperature was 950 ℃. The TEC of the sealant accorded well with that of La0.9Sr0.1Ga0.5Mg0.2o3- 6（LSGM） with a mismatch of only 3%. The sealant had superior stability and compatibility with the LSGM electrolyte during the process of operation in SOFC. The weight loss of the sealant with Ba^2＋ content of 25.4% was approfimately zero after heat-treated at 800℃ for 500 h in H2 and O2 atmosphere, respectively.     

基于三维石墨烯的甘油酶生物燃料电池的构建及其性能研究

本文采用修正的Hurnmers方法制备了氧化石墨,通过超声波剥离得到氧化石墨烯溶液,用水热法进行还原,制得三维石墨烯。结果表明,制备的三维石墨烯材料具有多孔结构,且还原后某些含氧基团消失。所构建的酶生物燃料电池以三维石墨烯(GN)为载体,以麦尔多拉蓝(MB)为导电介体,用Nafion(NF)固定甘油激酶(GK)和甘油-3-磷酸氧化酶(GPO)制备阳极催化电极,并以Pt/C作为阴极催化剂。结果显示,基于NF/GN/MB酶修饰碳纸电极的甘油酶生物燃料电池具有良好的放电性能,开路电位达到0.77 V,并在0.42 V取得最大功率密度42.05 μW/cm2。论文中对该酶生物燃料电池的组装、工作条件等进行了优化,用极化曲线法和交流阻抗法对其性能进行了评价。该酶生物燃料电池将为生物柴油副产物甘油的处理,提供一种清洁可靠的能源再利用方式。     

钙钛矿型SOFC阴极材料的研究进展

阴极是固体氧化物燃料电池(SOFC)的重要部件之一,阴极的性能对SOFC的性能(尤其是低温SOFC的性能)起着决定性的作用,阴极的界面电阻是整个电池电阻的70%～85%.ABO2型钙钛矿稀土复合氧化物是目前最普遍应用的固体氧化物燃料电池的阴极材料,钙钛矿材料的结构特点决定了该材料具有电子-离子混合导电性.对固体氧化物燃料电池阴极材料的催化机理、制备方法、复合梯度阴极进行了详细的描述,并提出了通过改善微结构来提高低温阴极材料的性能是今后发展的主要方向.     

固体氧化物燃料电池压缩密封技术的研究进展

固体氧化物燃料电池的密封技术是限制其发展的关键技术之一,密封技术主要包括玻璃陶瓷密封和压缩密封技术.相对于玻璃陶瓷密封技术,压缩密封的主要优点是对密封材料的热膨胀匹配性要求不高,不与其它电池元件直接粘接,所以不破坏电池元件.详细描述了固体氧化物燃料电池的压缩密封技术,从金属压缩密封,云母压缩密封,陶瓷纤维压缩密封以及氧化铝密封等几个方面对固体氧化物燃料电池的压缩密封技术的研究现状进行了阐述,并对SOFC密封技术的发展进行了展望.     

基于聚吡咯的胆固醇电化学生物传感器的制备及性能研究

本文以胆固醇氧化酶和辣根过氧化物酶为催化剂,通过电化学聚合吡咯单体,制备了电流型胆固醇传感器。实验中采用电化学聚合方法制备了聚吡咯膜(PPY),用扫描电子显微镜(SEM)对聚吡咯膜进行微观结构表征,采用循环伏安(CV)法研究了传感器的电化学特性及其抗干扰能力。结果表明,聚合圈数为300圈时得到的聚吡咯膜制备的传感器性能最佳,传感器最佳工作p H值为8.0,胆固醇氧化酶浓度为30 mg/m L,辣根过氧化物酶浓度为20 mg/m L,制备的胆固醇传感器,具有良好的检测性能,线性范围为2.0×10-6~1.6×10-4 mol/L,表观米氏常数appmK为5.6×10-6 mol/L,葡萄糖、抗坏血酸、尿酸等组分对传感器响应电流的影响分别为8.1%、8.5%、10.8%,抗干扰效果较好。该传感器对胆固醇具有良好的选择性响应,可以用于胆固醇含量的测定。     

BaO-CaO-Al2O3-SiO2系玻璃陶瓷在SOFC中的应用

研究了BaO-CaO-Al2O3-SiO2体系玻璃陶瓷封接材料在固体氧化物燃料电池中的应用.该体系封接材料与铁酸镧(LSF)阴极材料和Fe-Cr合金连接体之间具有良好的热膨胀性能匹配性,良好的粘接性,并且封接材料与两种电池材料之间有良好的稳定性和相容性,BaO-CaO-Al2O3-SiO2体系玻璃陶瓷可以作为固体氧化物燃料电池的封接材料.     

氮掺杂石墨烯基酶修饰电极测定对苯二酚

在改进的Hummers方法制备得到的氧化石墨基础上,以聚苯胺为氮源,采用水热还原法制备了氮掺杂石墨烯纳米材料,并采用傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜等方法对制备的纳米材料进行表征。将制备的氮掺杂石墨烯与辣根过氧化物酶复合制备了酶修饰电极用来进行对苯二酚的检测。采用循环伏安法研究了该酶修饰电极对对苯二酚的催化性能。结果表明,该酶修饰电极在H_2O_2存在的情况下,对对苯二酚具有很好的催化活性,在确定的实验条件下,对苯二酚的检测线性范围为9×10~(-5)～5.075×10~(-3) mol/L,检出限为1×10~(-5) mol/L (S/N=3),灵敏度为84.14 mA/(mol·cm~2)。该酶修饰电极对尿酸、抗坏血酸、维生素E、柠檬酸、葡萄糖具有很好的抗干扰能力和选择性,同时,该酶修饰电极具有良好的重复现性,经过5次平行测定得到的相对标准偏差为2.89%。该酶修饰电极可以用于水中的对苯二酚的检测。