海底微生物燃料电池阳极钯改性及电化学性能

阳极性能是限制海底微生物燃料电池输出功率的重要因素,通过阳极改性有望提高电池性能。利用循环伏安电沉积方法在电池阳极沉积钯颗粒,并研究了钯改性阳极的电化学性能。结果表明:钯改性阳极具有较高的交换电流密度;钯改性阳极构建的电池内阻较低,输出功率密度较高。2 mmol/L的Pd Cl2溶液改性阳极性能较好,交换电流密度是未改性阳极的1.18倍,电池功率密度是未改性的4.9倍。在电子向阳极传递过程中,推测钯粒子分别接收细胞色素和胞外氢化酶传递的电子,加速电子跨膜转移,并提出了一种新的电子转移模式。     

二氧化锰为阴极催化剂的微生物燃料电池

以循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)考察MnO2对氧还原反应(ORR)的催化行为,并采用MnO2作为阴极氧还原催化剂构建微生物燃料电池(MFC)。结果表明,MnO2对ORR有显著的催化作用,而且其催化效果随电解质碱性增强而增强;当以肺炎克雷伯氏菌(L17)为产电微生物、3g/L葡萄糖为燃料、1mol/LKOH溶液为阴极液时,该MFC的最大输出功率可达696.3mW/m2,对应电流密度为0.25mA/cm2。     

阴极液环境条件对生物燃料电池性能的影响

以铁氰化钾为阴极电子受体,葡萄糖模拟废水为燃料,构建了无媒介体双室生物燃料电池,考察了阴极液中铁氰化钾浓度、pH值、离子强度对电池性能的影响.结果表明:增大铁氰化钾浓度,可以降低MFC的内阻,提高MFC的开路电压和输出功率.铁氰化钾质量浓度由0.5 g/L增加到10.0 g/L,MFC表观内阻由713 Ω降低到151 Ω,MFC最大输出功率由802 mW/m3增加到4 061 mW/m3;K,3Fe(CN)6质量浓度为0.5 g/L时,在阴极液中加入3 g/L NaSO4电解质,MFC的内阻由713 Ω降低到253 Ω,输出功率由802 mW/m3增加到1 820 mW/m3;阴极液的pH值对电池的发电性能也有影响.     

高锰酸钾用于生物燃料电池阴极电子受体

为提高生物燃料电池(MFC)的输出功率和有机物的降解效率,实验以KMnO4为阴极电子受体,泡沫金属为阳极.葡萄糖模拟废水为基质,设计了新型双室生物燃料电池,考察了KMnO4浓度、pH值对MFC产电性能的影响.结果表明,KMnO4浓度为500 mg/L时,MFC的最大开路电压可达1.68 V,最大输出比功率为8 657 mW/m3,电池的内阻为232 Ω.同时化学需氧量(COD)去除率为87.1%,库仑效率为45.2%.阴极液的pH值对电池的产电性能有显著影响,酸性溶液条件下有利于改善电池的性能.本研究设计的MFC可有效地降解有机物回收电能,同时提高了电池的产电能力,具有显著的经济、环境效益和应用前景.     

生物燃料电池

简介了生物燃料电池的概念和工作原理 ,回顾了生物燃料电池的发展历史。对 80年代后两种生物燃料电池———微生物燃料电池和酶燃料电池的研究动态分别进行了总结 ,并对目前存在的主要问题进行了分析。阐述了当前研究的发展方向 ,预计随着燃料电池研究热潮的再度兴起和生物技术的高速发展 ,生物燃料电池技术研究将取得显著进展     

二氧化锰改性石墨烯电极材料的电化学性能

用二氧化锰对改进的Hummer法制备石墨烯,并进行改性处理,以改善其作为电化学电容器电极材料的电化学性能.采用XRD研究其晶体结构,用循环伏安、交流阻抗、恒定电流充放电等电化学方法研究了改性石墨烯电极构成的电化学电容器的性能.结果表明:经过二氧化锰改性后的石墨烯材料电化学电容效应明显,并具有法拉利赝电容.对其进行充放电...     

生物燃料电池研究进展

生物燃料电池利用生物催化剂直接把化学能转化为电能,具有燃料来源广泛、反应条件温和、生物相容性好等优点。按采用催化剂的不同,可分为微生物燃料电池和酶生物燃料电池。简述了生物燃料电池的工作原理,综述了其最新的研究进展。微生物燃料电池发展的新方向主要是无介体微生物燃料电池的研究和高活性微生物的选用;而酶生物燃料电池的研究,集中在寻找固定酶的新方法,发展体积更小的无介体酶生物燃料电池,以及与太阳电池相结合等方面。对生物燃料电池未来的发展方向进行了展望。     

锂-二氧化锰一次电池的研究进展

从阴极材料二氧化锰(MnO_2)入手,介绍对MnO_2进行的多种改性研究,如金属氧化物掺杂、金属包覆、阴离子掺杂以及热处理的影响;从阳极材料、黏结剂、集流体等方面,分析影响锂-二氧化锰(锂锰)一次电池性能的多种因素;对锂锰电池的发展趋势进行展望。     

阴极液态水对质子交换膜燃料电池性能的影响

模拟了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的膜中水传递、反应气体传质和电化学反应过程,研究了液态水对阴极氧气传输阻力和燃料电池电化学性能的影响。计算结果表明,催化层,尤其是催化层中气相和电解质相界面是影响氧气传质阻力的重要因素。液态水膜会由于氧气极低的溶解度而显著增加氧气传质阻力,降低燃料电池的电化学性能,并且,其影响会随水膜厚度和对孔隙覆盖度的增加而明显增强。     

锂-二氧化锰电池的正极导电剂

在锂-二氧化锰电池中,选择五种导电剂材料进行粉末电阻率的测试,结果表明乙炔黑和炭黑(SP)的电阻率相近,在所选择的材料中较大;KS15和膨胀石墨的电阻率相近,在320μΩ·m左右;而气相生长碳纤维(VGCF)是所有材料中电阻率最小的,仅为0.6μΩ·m.以乙炔黑为主导电剂,采用石墨类导电剂(KS15)与之混合的放电容量大.以气相生长碳纤维和SP混合作为导电剂的电极,在0.2 mA/cm2条件下的放电性能略高于采用乙炔黑 膨胀石墨作为混合导电剂的电极,其中放电电压平台高60 mV左右.放电时间增加了9.12 h.而在5 mA/cm2条件下放电性能则明显提高,放电电压平台比采用乙炔黑 膨胀石墨作为混合导电剂的电极提高了100 mV左右,而且放电时间延长约52%.     

阴极气体扩散对ZrO2电池性能的影响

为了方便研究气体扩散对ZrO2电池过程的影响,在ZrO2电池的阴极制造了一种延缓气体扩散的装置,使阴极气体扩散对电池过程的影响凸现出来;在阴极气体扩散速率大大减慢的情况下,发现了以下现象:在ZrO2电池的U/I曲线中出现极限电流,极限电流随着时间的延续会逐渐消失.提出了几个数学模型来解释这些现象:(1)极限电流表明阴极气体扩散已成为电池过程的速率控制步骤,用我们的公式模拟得到的U/I曲线与实验曲线能较好地吻合;(2)阴极区很低的氧分压使ZrO2电解质中产生自由电子,自由电子可以通过缔合而储存在ZrO2电解质中并加以不断累积,导致极限电流逐渐消失.     

水系钠离子电池Na0.44MnO2正极的制备及性能研究

Na0.44MnO2具有开放的框架和特殊的三维隧道结构,是一类理想的水系钠离子电池正极材料.分别以C4H6MnO4·4H2O、MnCO3、50％Mn(NO3)2溶液为锰源制备了 Na0.44MnO2电极材料,并结合X射线衍射、扫描电镜、比表面分析和电化学测试技术研究了Na0.44MnO2的形貌、结构及储钠性能.结果显示:当采用碳酸锰作为锰源时,所得Na0.44MnO2为结晶良好、形貌均一的纳米棒,直径约为200～400 nm,且具有较大的比表面积(1.862 m2/g),这将有助于促进Na+和电子在相界面之间的传递和转移,从而提高Na0.44MnO2的储钠性能.Na0.44MnO2在6 mol/L NaOH水溶液中的放电比容量达到64.4 mAh/g,循环1 000次之后容量保持率高达82％.本工作可为Na0.44MnO2正极的规模制备及其在水系钠离子电池中的应用研究提供基础数据.     

碳硫纳米复合正极材料的电化学性能

采用升华硫与高比表面积活性炭在一定条件下合成了一种新型碳硫纳米复合材料。用该复合材料作为正极活性物质所制备的锂蓄电池具有较好的循环性能和高的比容量、比能量。通过X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、扫描电子显微镜(SEM)等材料分析测试手段,对复合材料的物理化学性能进行了分析,利用循环伏安、交流阻抗和电池充放电对材料的电化学性能进行了测试。结果表明,与传统硫电极比较,此复合材料表现出了很好的电化学性能,其初始放电比容量高达600mAh·g-1,经过50次循环之后,比容量仍保持在400mAh·g-1。     

锂硫电池硫碳复合正极材料的研究

采用单质硫与KS6合成石墨在一定条件下合成了一种新型硫碳复合材料.通过扫描电子显微镜法(SEM)、X射线衍射光谱法(XRD)、布鲁瑙尔-埃利特-特勒法(算比表面积)(BET)对该材料进行了结构表征,利用循环伏安扫描和不同电流密度下恒电流充放电实验对复合材料的电化学性能进行了测试.结果表明:该复合材料具有容量利用率高,大...     

熔融碳酸盐燃料电池阴极的研究进展

综述了熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)多孔阴极结构及其新材料的研究进展 ,介绍了多种能够有效改善阴极稳定性、延长MCFC寿命的新技术。以Li Na碳酸盐电解质代替传统的Li K体系或用碱土元素对NiO阴极进行改性 ,能够显著降低镍在电解质中的溶解性。所开发的LiCoO2 和LiFeO2 LiCoO2 NiO复合物等新型阴极材料具有与NiO相当的电化学活性而较低的溶解性。作为一种新型结构技术 ,在阴极和电解质隔膜之间或在电解质隔膜中 ,设置一层金属膜 ,能够有效阻断阴极溶解组分向阳极的扩散 ,避免电池内部短路危险 ,延长电池寿命     

熔融碳酸盐燃料电池LiCoO2阴极性能的研究

用半导体掺杂法将LiCoO2阴极掺杂Mg,又重掺杂La和Ce等稀土元素.该阴极具有粗细双孔层结构,分别适应液相和气相的传质.又用单电池评价阴极(电化学)性能,并与NiO阴极性能进行比较.反应气压为0.9 MPa,气体利用率为20%,用LiCoO2和NiO阴极分别组装的熔融碳酸盐燃料电池单电池(阳极为Ni-Cr,电极面积为26 cm2)在300 mA*cm-2放电时,工作电压分别为0.848 V和0.820 V,功率密度分别为254.4 mW*cm-2和246 mW*cm-2.LiCoO2阴极性能优于NiO阴极,说明LiCoO2阴极掺杂和双层结构是有效的,而且掺杂将其电导已提高到与NiO阴极同等水平.     

PEM fuel cell testing by electrochemical impedance spectroscopy

Nowadays, proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are candidate as middle term power sources for automotive, stationary generation and portable power applications. In order to introduce these devices into the market an improvement in their performances seems necessary, as well as the development of an effective control system able to find their optimal operating conditions. This paper deals with electrochemical impedance spectroscopy (EIS) using an effective tool, where a cost-effective measurement hardware has been developed creating a software to analyze the results. Both single fuel cells and stacks have been tested in various operating conditions. This experimental approach allows to highlight variations of model parameters and to perform a further analysis of the processes occurring in a fuel cell through electrical circuit models. A special attention is given to the experimental results, in order to address fuel cell malfunctions using the EIS approach as an effective diagnostic method.     

微波法制备LiCoO2正极材料及其电化学性能研究

采用机械球磨和微波加热烧结方法研究了不同补锂量对锂离子蓄电池正极材料LiCoO2的物相结构、形貌及电化学性能的影响。对制得的不同锂钴比LiCoO2样品,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒电流充放电测试仪等进行检测,得出采用微波合成LiCoO2材料时最佳的补锂量为2.5%,室温下以20mA/g进行恒电流充放电,其首次充放电比容量分别为160.58mAh/g和153.44mAh/g,10次循环之后比容量为141.67mAh/g。     

PEM燃料电池阴极传质过程的二维数值模拟

在混合流动模型的基础上,建立了一个新的二维、稳态、非等温、两相流的单电池电化学反应模型.此两相流模型将催化剂层作为一个实体层来处理,而不是将其看作是一个没有厚度的界面.模型在组分方程中还考虑了水分的相变,并在能量方程和动量方程中考虑了水分相变带来的影响.模型模拟了空气过量系数变化时PEMFC阴极中氧气和水的扩散传递及浓度分布过程.分析操作参数对电池性能的影响,以便得到最佳操作参数,为燃料电池的实际应用提供参考.