被动式直接甲醇燃料电池的性能影响因素研究

研究了制约被动式直接甲醇燃料电池(被动式DMFC)性能的因素。通过测定电池的极化曲线、功率密度曲线、长时间放电曲线等手段研究了被动式甲醇燃料电池在不同阴极供料方式、不同阳极供料方式、不同催化剂载量、不同电池温度等条件下的放电特性。测试结果表明:阴极氧气扩散速率较慢是导致被动式电池性能较低的一个主要因素,阴极采用主动进料时电池的性能相比被动式DMFC提高了23.5%,最大功率密度达到8.4mW?cm?2。而且阴极的水淹问题也制约了被动式DMFC的长时间放电性能。提高阴阳极的催化剂载量能显著提高电池的性能,阴阳极催化剂载量为4.0mg?cm?2时,最大功率密度达到11.4mW?cm?2。但是催化剂载量的提高会影响电池的长时间放电性能,特别是,提高阴极催化剂载量能显著提高电池的温度,所以能较大提升电池的性能。     

微型直接甲醇燃料电池阳极传质分析

针对微型直接甲醇燃料电池,将阳极流场板简化为规则结构的多孔介质,运用多孔介质理论建立了包括流场板在内的阳极传输模型。模型考虑了阳极流道内液体饱和度沿流动方向的变化、催化层的厚度以及甲醇渗透,计算并讨论了阳极流道内液体饱和度的分布和流量对电池电流密度的影响,分析了阳极过电位对甲醇浓度分布和电池性能的影响以及质子交换膜内的传质特性。     

阳极和阴极流场组合对直接甲醇燃料电池性能的影响

采用蛇形、平行和交指流场分别作为阳极和阴极流场,考察了其对直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响。结果表明,对于阳极流场,蛇形流场因其更易于排除CO₂气泡而性能最好,而平行和交指流场中则出现了CO₂气泡堵塞流道的现象,影响了甲醇的传输,性能较差。对于阴极流场,平行流场下半部分流道出现了"水淹"现象,影响了氧气的传输,性能较差。蛇形和交指流场均能顺利排除水滴,性能比平行流场的好;交指流场能保证氧气的充足供应,高电流密度时比蛇形流场的电池性能好。蛇形流场作为阳极流场以及交指流场作为阴极流场将是电池性能较好的流场组合形式之一。     

甲醇双氧水单腔体燃料电池II.不同阴极催化剂下的电池性能研究

分别以MnO₂和合成普鲁士蓝(PB/XC-72R)作为催化剂时，考察其对甲醇和双氧水的催化性能，发现两者均可以实现对双氧水的选择性催化。以开发的Z-NiPt为阳极催化剂，以MnO₂与PB/XC-72R为阴极催化剂，组成甲醇双氧水单腔体电池，并测试电池的性能。结果表明：以PB/XC-72R为阴极的单腔体燃料电池的最大功率可达9.1 mW。该研究验证了甲醇单腔体新型燃料电池的可行性，为后续甲醇双氧水单腔体燃料电池开发奠定了基础。     

自呼吸式直接甲醇燃料电池性能及其传质特性

针对有效面积为1 cm2的自呼吸式直接甲醇燃料电池（direct methanol fuel cell,DMFC）单电池,阳极采用燃料罐供液,将阴极侧集流体和夹具设计为一体式结构,并用自制的七合一膜电极组件对其进行测试,讨论了催化剂类型、扩散层材料、集流体结构等因素对其性能的影响,分析了电池内部的传质特性,优化了电池特别是其在中高电流密度条件下的性能。实验结果表明：采用Pt黑、Pt-Ru黑催化剂制作的自呼吸式DMFC能强化反应物的传质;采用碳布制作的膜电极更倾向于获得更高的极限电流密度;低电流密度时,因甲醇渗透电池电压随着甲醇浓度的增加而降低,但在中高电流密度下,电池性能随甲醇浓度的增大先升高后降低;平行集流体有利于阴阳极生成物的排出和反应物的传质,因此易获得较高的电池性能。     

被动式DMFC气泡行为的实验研究和数值模拟

在被动式直接甲醇燃料电池（DMFC）中,阳极催化层表面电化学反应生成的二氧化碳（CO2）通过扩散层及时排出阳极通道,对提高直接甲醇燃料电池的性能具有重要意义,因此研究阳极通道内的气液两相流对电池性能的优化具有非常重要的意义。利用计算流体力学模拟软件Fluent,采用VOF（volume of fluid）两相流模型追踪气液界面的方法对静止甲醇溶液中CO2气泡形成的过程进行模拟,利用可视化实验对部分结果进行验证,结果表明：气泡在浮力和表面张力作用下被拉长,受尾部液体剪切力作用脱离,倾斜的扩散层表面有利于气泡尽快的离开孔口,气速较大时气泡在脱离前会出现多次融合,气泡在高浓度甲醇溶液中以气泡链的方式产生。研究结果为扩散层的制备和优化提供了参考。     

DMFC阳极多元合金催化剂的研究进展

介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极Pt基三元、四元合金催化剂和非Pt基催化剂的制备方法,综述了甲醇催化氧化性能和相关反应机理的发展现状，讨论了DMFC多元合金电催化剂的发展趋势,研究结果表明,不同的合金组成和不同的催化剂载体对阳极催化剂的催化活性有着直接的影响。     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备

直接甲醇燃料电池（DMFC）阳极催化剂是DMFC的关键材料之一,其电化学活性的大小对燃料电池的输出性能及成本起着关键作用。不同催化剂的制备技术决定了催化剂电化学活性的高低。介绍了DMFC阳极催化剂的几种制备方法,并对这些方法进行了评述,对制备DMFC阳极催化剂具有很好的参考价值。     

直接甲醇燃料电池阴极水的传输特性

利用COMSOL Multiphysics软件对直接甲醇燃料电池（DMFC）阴极模型进行计算,获得压力、速度、水、氧气和液态饱和度分布情况,研究扩散层在不同物理参数（如厚度、孔隙率、孔径大小和亲憎水性）下电池阴极水和氧气的传输情况,进一步建立扩散层孔隙率梯度的数学模型,研究扩散层孔隙率梯度以及支撑层参数对直接甲醇燃料电池性能和物质传输的影响。结果表明,扩散层具有大孔隙率、薄扩散层时均有利于氧气传质,可以使电池性能提高;扩散层孔隙率梯度的存在可以减轻氧气传输阻力,提高电池性能。     

直接甲醇燃料电池阴极水的传输特性

利用COMSOL Multiphysics软件对直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极模型进行计算,获得压力、速度、水、氧气和液态饱和度分布情况,研究扩散层在不同物理参数(如厚度、孔隙率、孔径大小和亲憎水性)下电池阴极水和氧气的传输情况,进一步建立扩散层孔隙率梯度的数学模型,研究扩散层孔隙率梯度以及支撑层参数对直接甲醇燃料电池性能和物质传输的影响。结果表明,扩散层具有大孔隙率、薄扩散层时均有利于氧气传质,可以使电池性能提高;扩散层孔隙率梯度的存在可以减轻氧气传输阻力,提高电池性能。     

直接甲醇燃料电池阳极非铂催化剂的研究进展

介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)的特点及其阳极催化剂存在的主要问题。综述了DMFC阳极非铂催化剂的研究进展及非铂催化剂对甲醇氧化的催化活性和抗CO等中间物毒化能力等性能,提出了DMFC阳极非铂催化剂存在的问题以及发展趋势。     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂磷化镍的合成及其性能的研究

通过水热反应制备了Ni2P纳米粒子,该Ni2P纳米粒子在碱性溶液中对甲醇的氧化具有良好的催化性能。以Ni2P纳米粒子为阳极催化剂,并以Pt/C为阴极催化剂,搭建了在碱性条件下运行的直接甲醇燃料电池。研究结果显示,以空气为氧化剂,以甲醇为燃料,在常压、室温条件下工作,该碱性燃料电池的输出电流密度为40m A/cm2时,输出比功率为15m W/cm2,从而构建了一种阳极无铂基催化剂的直接甲醇燃料电池。     

空气自呼吸式直接甲醇燃料电池传输特性数值研究

针对空气自呼吸式直接甲醇燃料电池（DMFC）建立了二维两相非等温的传质模型,通过自编程序模拟了电池内的传热、传质和电化学反应过程。并基于此模型研究了主要的操作参数,包括甲醇进口温度、环境中空气的温度、甲醇进口浓度,及对电池性能的影响。研究表明甲醇溶液的进口温度和环境温度上升都会使电池的性能得到提高,其中甲醇溶液的进口温度对电池性能的影响更大;当甲醇进口浓度提高后,在大电流密度下电池的性能得到了显著的提高。     

阴离子膜直接甲醇燃料电池阴极氧电还原研究

阴离子膜直接甲醇燃料电池(AEM-DMFC)采用碱性体系,阴阳极反应环境优越,反应过电位较低,电渗析与甲醇渗透方向相反,甲醇进入阴极的速率较小,电池功率密度和发电效率明显高于质子膜直接甲醇燃料电池(PEM-DMFC).碱性条件下,阴极氧还原电催化材料的研究和应用多集中于Pt/C和Ag/C,因其活性和抗甲醇性不足,反应过电位较高,AEM-DMFC的优势并未得到充分体现,因此开发新型阴极电催化剂成为提高AEM-DMFC性能的关键问题.     

DMFC多孔Pt-Ru阳极甲醇氧化宏观动力学模型化

本文旨在建立和求解DMFC多孔阳极甲醇氧化宏观动力学理论数模。根据Pt-Ru催化剂上双位机理,得到包含CO和OH覆盖率的甲醇水解本征动力学表达式;通过对该多孔阳极微元体积中的物料和电（荷）量衡算,导出了描述电极中浓度和超电势分布的两个耦联的模型方程。经量纲1化后,获得以量纲1变量和准数表示的普遍化宏观动力学数模。该模型包括催化层厚度l、比表面积a、有效扩散系数D_e和有效液相电导率κ_e等工程参数,特别是包括了与动力学参数相关且作为厚度变量函数的CO和OH覆盖率。进而,文中还给出了DMFC多孔阳极效率因子和极化曲线的计算公式。该数模为一非线性二阶微分方程组边值问题,经解耦,可得到两个同解的微分方程。用Newman的BAND（J）程序对方程进行数值求解,并在每一节点计算中嵌入一个计算CO和OH覆盖率的子程序。将模型预测值与甲醇氧化多孔阳极的极化实验数据进行对比发现：当宏观电流密度较低时二者能很好相符;当宏观电流密度较高、CO₂形成气泡的影响变大时,实验值有规律地偏低于预测值。详细的宏观动力学分析表明：提高催化剂Pt位甲醇电分解活性以减少功率损失、优化多孔电极微观和宏观结构以削弱两相流影响,应是改善该阳极性能的重要课题。本工作也可为直接乙醇燃料电池（DEFC）、直接硼氢化物燃料电池（DBFC）阳极的理论分析提供参考。     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

阳极催化剂是影响直接甲醇燃料电池（DMFC）性能及成本的主要因素之一,从催化剂载体选择、复合催化剂的制备、非贵金属催化剂研究三方面综述了DMFC阳极催化剂国内外研究现状,并进行了简要分析,展望了其应用前景。     

直接甲醇燃料电池在山东问世

一种具有原始创新性和自主知识产权的直接把燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转换成电能的直接甲醇燃料电池 4月 2 2日在山东理工大学山东省清洁能源工程技术研究中心研发成功 .这种新型燃料电池是应用山东理工大学清洁能源工程技术研究中心提出的模拟生物酶燃料电池催化剂的思路 ,采用廉价、性能高的模拟生物酶代替当今燃料电池中使用的价格高、资源受限的铂催化剂制成的 .经过近 4年的实验 ,终于取得实验室实验发电成功 .其工作原理为直接将甲醇和水混合物送至DMFC阳极 ,发生电催化氧化反应生成二氧化碳 ,并释放出电子和质子 ,电子从阳…     

阳极封闭式质子交换膜燃料电池的研究进展

从数值模拟和实验两个方面简要介绍了国内外阳极封闭式质子交换膜燃料电池(PEMFC)研究现状,提出了阳极封闭式PEMFC存在的主要问题,由于水的反扩散和氮气的渗透以及反应物消耗造成了阳极出口处的氢气浓度低、阴极电势高,加快了催化层和质子交换膜的碳腐蚀,导致电池性能下降。针对存在的问题,提出了解决方案,如阳极吹扫、震荡压力、级联设计等,可进一步提高燃料电池性能。     

芳杂环聚合物质子交换膜的制备

引言直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cell,DMFC)由于无需将甲醇转变为氢气,直接使用液体燃料甲醇,与氢氧燃料电池相比,省去许多辅助设备,体积小,成为了便携式电源的最佳候选者,特别适合用于可移动电源,如移动电话、笔记本电脑和照相机等。质子交换膜是直接甲醇燃料电池的核心组成之一,其性能好坏直接影响电池的性能和     

动态电渗析膜工艺对酸性冷轧废水的净化

钢铁行业冷轧废水水质复杂、化学需氧量（COD）高，且Fe²⁺对COD去除干扰大。为了满足冷轧废水达标排放的要求，采用四室动态电渗析法，截留去除COD的同时，考察了Fe²⁺的去除效率，优化了操作参数。在动态实验中，用V-I曲线法测定系统的极限电压，分析了电压、浓度、流速和时间对COD和盐分去除率的影响。电渗析设备的阴极采用不锈钢板，阳极采用Ti/SnO₂-Sb/PbO₂,HMTECH-5010-1型均相阴、阳离子交换膜。最佳操作条件为：阴、阳极室进水流速为28.8 mL/min，淡化室和浓缩室流速为19.2 mL/min,12 V恒压输出，阴极室HCl的浓度为0.03 mol/L，阳极室NaOH的浓度为0.03 mol/L。在此操作条件下，淡化室出水pH约为3.0，废水中Fe²⁺的去除率98.5%（出水浓度<100 mg/L）,COD的去除率96.1%（出水<80 mg/L），出水水质符满足《钢铁工业水污染物排放标准》（GB 13456-2012）。