直接碳燃料电池活性炭制备的实验研究

以KOH为活化剂,采用化学活化法对橡木锯屑制取活性炭进行了实验研究。考察了活化温度、碱炭比和活化时间对活性炭比表面积的影响,得到了制取活性炭的最优工况,随后对此工况下的活性炭先后使用HNO3浸渍和乙酸镍Ni负载。结果表明,最优工况下制备的活性炭比表面积为1967m2/g。HNO3浸渍可以增加活性炭表面含氧官能团的种类和含量,也能较大程度地降低活性炭的灰分,乙酸镍Ni负载后,活性炭体积电阻率降低了很多。     

生物质活性炭的制备及其在阳极中的性能

以竹子为原料制备生物质活性炭,使用HNO3溶液浸渍实现活性炭表面改性和降低灰分,在流化床电极直接碳燃料电池阳极半电池中考察活性炭的极化性能。结果表明:活化温度为1173K、活化时间为2h、碱炭比为1时,活性炭比表面积为1264m2/g,电阻率为1569μΩ.m;HNO3溶液浸渍后,活性炭表面含氧官能团的种类和含量明显增加,灰分也有较大程度降低,最佳HNO3浸渍浓度为2mol/L;自制活性炭在半电池中的极化性能明显优于石墨和活性炭纤维。     

关于直接碳燃料电池燃料碳的探讨

直接碳燃料电池（Direct Carbon Fuel Cell,DCFC）采用碳作为阳极燃料,热效率远高于氢燃料电池,产物二氧化碳无需提纯就可工业应用或隔离存放,具有转化效率高、清洁、燃料适应性广的特点。文中对直接碳燃料电池的燃料碳进行了探讨,系统地分析了碳的结晶紊乱程度、表面含氧官能团、导电性、灰分、硫分、颗粒尺寸、比表面积以及孔结构对电池性能的影响。     

直接碳燃料电池(DCFC)实验研究

直接碳燃料电池是一种高效、清洁的燃料电池技术,其原理是碳和氧气勿需气化和重整而直接通过电化学反应产生电能,效率可达80%,燃料利用率约达100%。自行组装了DCFC单体电池,工作温度为500～700℃;该电池采用熔融氢氧化物作电解质,并掺入一定量的催化剂;石墨作阳极,不锈钢作阴极,加湿氧气作氧化剂。对不同的电解质、不同的氧气流量下DCFC的输出性能进行了试验研究。结果表明,KOH比NaOH的导电性好,电池运行更稳定,更有利于电池的输出;氧气流量为70mL/min时,该电池的输出性能最佳,最大电流密度、功率密度分别为105mA/cm2和0.041W/cm2,开路电压达到0.74V。电流密度为45mA/cm2时,输出电压0.65V,可连续稳定运行20h。提出了热解-直接碳燃料电池联合系统,并以C10H22为例,分析了联合系统发电效率高达76.5%,表明该系统在未来集中式电厂中有很好的应用前景。     

氨水改性活性炭对沼气吸附脱碳的实验研究

针对沼气吸附法脱碳提质所用活性炭进行改性研究,以氨水为改性剂,探讨改性剂浓度和改性时间对活性炭脱碳效果以及其表面化学结构的影响.实验结果表明:1)经过氨水改性处理后的活性炭呈酸性官能团减少,呈碱性官能团增加,同时引入含氮官能团,改性后活性炭的表面疏水性增强,极性发生变化,增强对气体的吸附能力;2)在改性剂浓度5％～25...     

直接碳燃料电池性能研究

直接碳燃料电池(DCFC)勿需碳和氧气气化、重整,而直接通过电化学反应产生电能,效率可达80%,燃料的理论利用率可达100%,是一种高效、清洁的燃料电池.文章所介绍的组装DCFC单体电池,以石墨作阳极,不锈钢作阴极,加湿氧气作氧化剂,采用熔融氢氧化物作电解质,并掺入一定量的催化剂,该电池工作温度为500～700℃.对不同工作温度、不同电解质和不同氧气流量下DCFC的输出性能进行了试验研究.结果表明:随着工作温度的升高,电池输出性能有很大提高;KOH比NaOH的导电性好,电池运行更稳定,更有利于电池的输出;氧气流量为70mL/min,温度为650℃时,该电池的输出性能最佳,最大电流密度、功率密度分别为118mA/cm2和0.054 W/cm2,开路电压达到0.76 V.     

磷酸活化-热解炭化制备大麻秆活性炭的特性研究

采用磷酸活化法并辅以热解成炭法制备大麻秆活性炭,利用比表面积测试(BET)、扫描电子显微镜(SEM)等检测手段分析活性炭的性能.结果表明:磷酸能促进大麻秆中半纤维素、纤维素等物质的分解,并在磷酸介入下与纤维素反应形成C—O—P缔合结构,强化炭化过程的骨架强度.磷酸活化也可促进活性炭微孔的形成,从而进一步增大活性炭的比表...     

直接碳燃料电池技术研究进展分析

直接碳燃料电池(Direct Carbon Fuel Cell,DCFC)能够直接将固体碳燃料中的化学能高效、清洁地转化为电能,对煤炭的合理利用、污染物控制以及CO2减排具有重要意义。目前已开发出以熔融碳酸盐、熔融氢氧化物和固体氧化物作为电解质的多种DCFC,但与其它燃料电池技术相比,研究尚处于起步阶段。本文综述了DCFC技术的发展历程及研发现状,对现有DCFC加以分类,分析比较了其各自工作机理、性能特点以及在CO2减排方面的特性。在总结各类DCFC所面临的技术难题基础上,展望了直接碳燃料电池技术今后可能的发展方向。     

直接碳固体氧化物燃料电池研究进展:碳燃料和逆向Boudouard反应催化剂

直接碳固体氧化物燃料电池(direct carbon solid oxide fuel cells,DC-SOFCs)是一种能够将固体碳中的化学能直接转化为电能的新型能量转换装置,具有理论效率高、燃料来源广泛、成本低以及绿色环保等突出优势.根据DC-SOFC的工作原理,其运行过程是一个动力学控制步骤,即阳极侧CO的电化学氧化反应与碳燃料中逆向Boudouard反应的有效耦合保证了DC-SOFC的高效稳定运行.其中,速率相对较慢的逆向Boudouard反应是电池电化学性能的决定因素.因此,设计提高逆向Boudouard反应速率是促进DC-SOFC产业化进程的有效途径,也是发展趋势.国内外研究者采取了一系列措施来实现此目标,其中最简单有效的两种方法是:①在固体碳燃料中担载逆向Boudouard反应催化剂;②直接采用多孔结构且天然富含金属元素的生物质炭为燃料.基于近年来的前沿研究,本文综述了采用不同类型逆向Boudouard反应催化剂和碳燃料的DC-SOFCs最新研究进展,系统总结了DC-SOFCs的研究现状、面临的挑战和未来发展方向,以期为开发高性能、长寿命DC-SOFCs提供有价值的参考.     

松子壳基活性炭光催化剂的制备及其催化性能研究

为了提高TiO_2光催化剂对水体有机污染物的降解能力,将松子壳基活性炭作为载体负载TiO_2,研究载体比表面积、载体与TiO_2的复合比例以及煅烧温度对复合光催化剂降解水体有机污染物亚甲基蓝的影响。通过BET,XRD,FTIR和SEM分析方法对复合光催化剂的比表面积、晶体结构、有机官能团和表面形貌进行了表征。研究结果表明:适当的增加载体的比表面积,有利于Ti O2的负载和复合光催化剂催化活性的提高;当活化水量为1.5 mL/min时,在充分的水蒸气活化反应下,松子壳炭可制备成比表面积为634.65 m~2/g的活性炭,使其负载TiO_2后具有较好的亚甲基蓝吸附作用和光降解作用;当TiO_2与活性炭的质量比为0.8∶1时,复合光催化剂的催化效果较好;当煅烧温度为450℃时,复合光催化剂具有较优的催化效果,降解率可达77.10%。     

低催化剂载量直接甲醇燃料电池性能实验研究

利用自行设计的直接甲醇燃料电池实验系统研究了电池温度、阴极侧压力、甲醇溶液浓度和流量、氧气流量对低催化剂载量（阳极Pt-Ru载量为0．4mg／cm^2；阴极Pt载量为0．4mg／cm^2）直接甲醇燃料电池性能的影响。重点分析了运行参数对电池内部传质的影响。实验结果表明提高甲醇溶液浓度和流量不仅会强化甲醇向阳极催化剂层的传递，也会加剧甲醇窜流。另外，还研究了电流变化时电池电压的动态响应，结果表明甲醇窜流对电池动态响应起关键作用。     

质子交换膜燃料电池专用碳纸的制备及性能测试

采用湿法造纸技术制备质子交换膜燃料电池电极扩散层专用碳纸材料,考察了影响专用碳纸性能的主要因素。研究结果表明：分散剂、粘合剂和纤维长度等对碳纸物性具有较大影响。以3M的NaOH处理碳纸的基体材料,控制打浆度20°SR,按比例加入自制功能性分散剂,在优化工艺条件下,制备的碳纸物性基本和日本东丽公司产品(Toray碳纸)物性相同。以自制的碳纸和Toray碳纸为电极扩散层基体材料组装成电池,放电性能测试表明,自制碳纸是一种较为理想的燃料电池电极扩散层基体材料。     

燃料电池功率调节系统的研究

燃料电池电压输出范围比较宽，电压比较低。针对该特点本文设计了DC/DC和DC/AC两级变换的功率调节系统(PCS)。其中DC/DC将燃料电池输出的低压直流电高频变换成高压直流电，变换器为电压单环控制。DC／AC逆变器采用基于电压电流瞬时值反馈的双闭环控制，将高压直流电逆变为正弦交流电。分析了整个功率调节系统的工作原理及逆变器电路参数对稳定性的影响。0．5KVA佯饥实验结果表明整个系统具有电压输入范围宽、变换效率高、输出波形THD小等优点。为开发高效、高功率密度的燃料电池电源系统提供技术基础。     

物理法制备燃料电池用催化剂

质子交换膜燃料电池的不断进步,为目前的能源需求提供了一个有潜力的解决方案。当前的研究重点是提高性能和降低整体成本的制造技术。在膜电极（MEA）组件上的催化剂沉积在过去的几十年里有许多技术已被使用,主要分为化学法和物理法两大类,其中物理法由于制备流程简单,沉积分布均匀等优点被广泛应用。该文旨在回顾许多已发表的主要技术,以展示各种各样的催化剂物理制备方法。     

直接甲醇燃料电池粗(火用)传递及能量利用特性

建立了直接甲醇燃料电池(DMFC)炯分析的稳态模型,模型中考虑了甲醇串流以及各种不可逆损失引起的过电位的影响.在模型基础上推导出DMFC的炯效率表达式,并分别从电效率和热炯效率的角度出发,分析了燃料中能量的有效利用率,定量分析了甲醇串流率、电流密度、工作温度、阴极压力等参数对电池炯效率的影响,揭示了不可逆因素对直接甲醇燃料电池炯传递规律的影响.通过分析发现:燃料电池在运行过程中产生的热能<火用在总有效能中占有很大比例,与电能相当,充分利用热量炯可显著提高电池的整体效率;电池在低电流密度下运行时,甲醇串流率过高足造成能量损失的主要原因;DMFC的总效率在电流密度接近极限电流密度时达到峰值,电池的工作电流应尽量控制在这一区间内.     

超高比表面积活性炭结构与天然气脱附量的关系

以石油焦为原料、KOH为活化剂,在不同的活化条件下制得系列超高比表面积活性炭(SBET>2500m2.g-1)样品。将实验制得的不同比表面积和孔分布的超高比表面积活性炭作为天然气吸附剂,测定了不同孔径范围孔所占的表面积与天然气脱附量的关系,讨论了孔分布对天然气脱附量的影响;用数学方法求得了活性炭吸附剂孔表面上单位表面积天然气的脱附量,并利用线性回归求出了天然气脱附量(V)与中孔表面积的关系。经相关性分析表明,天然气的脱附量与活性炭吸附剂中孔所具有的比表面积(Smid)具有显著的相关性,说明在活性炭吸附剂上天然气脱附量主要取决于中孔表面对天然气分子的吸附;求得中孔表面上单位表面积天然气脱附量达0.350mL.m-2,是微孔单位表面积上天然气脱附量的2倍以上;在各吸附温度、吸附压力下,天然气脱附量随活性炭吸附剂中孔表面积呈线性增加,满足线性方程:V=k.Smid b。     

模拟PEM燃料电池环境下垫片材料的化学损伤研究

对暴露在模拟质子交换膜(PEM)燃料电池环境下的硅橡胶弹性体垫片材料的化学损伤情况进行探究.采用平衡溶胀法测定试样暴露在模拟PEM燃料电池环境下交联密度的变化情况.采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对老化试样表面的化学成分进行研究.实验结果表明,试样在加速持久性实验(ADT...     

基于神经元的PEMFC仿生流道性能模拟研究

质子交换膜燃料电池的流道结构对反应气体的流动和压降等具有重要影响。受神经元结构启发,提出一种兼顾径向流道和仿生流道在压降和气体分布均匀性优点的新型仿生流道结构。通过COMSOL软件模拟研究该新型流道的分支数（2~9）对质子交换膜燃料电池的性能曲线、阴极氧浓度分布、水浓度分布及压降的影响。结果表明：增加流道分支数可提高质子交换膜燃料电池的输出性能,其中9分支流道的峰值功率密度最大,为0.32 W/cm²,相比于2分支流道增加了的146.15%;分支数的增加也会提高氧浓度分布的均匀性,阴极气体扩散层与催化层交界面处的平均氧浓度从0.44 mol/m³提高到1.42 mol/m³,氧气不均匀度从2.13降低至0.90;分支数的增加也明显改善了弧形流道内的水浓度分布。此外,随着流道分支数从2增加到9,流道压降从38.57 Pa递减至4.47 Pa,质子交换膜燃料电池的输出功率从0.40 W递增到1.56 W。