钙钛矿型双功能氧电极催化剂的研究进展

双功能氧电极由于其在燃料电池、金属 空气电池、碱性水电解工业中的应用,长期以来一直是电化学领域中的研究热点。介绍了钙钛矿型双功能氧电极催化剂的晶体结构特点、常用的制备方法,以及在催化氧气还原反应和氧气析出反应的电催化机理等方面的研究进展概况,并对该类型催化剂及其在双功能氧电极中的应用进行了展望。     

掺杂LaNiO3型双功能氧电极的电化学性能

双功能氧电极由于在再生燃料电池和可充金属 空气电池中具有重要应用,因此是人们的研究热点。LaNiO3是钙钛型复合氧化物中唯一的金属型化合物,A位掺杂会造成晶格上有序化的氧空位增多,使电极性能下降,所以对于LaNiO3的掺杂改性研究很少。我们采用溶胶 凝胶法制备了一系列LaNi1-yCoyO3(y=0.0～1.0)型的B位掺杂的LaNiO3钙钛矿催化剂,并以活性炭为载体制备双功能氧电极。对催化剂进行了XRD结构分析,结果表明均为钙钛矿单相。采用三电极体系测试了氧电极的阴极极化和阳极极化的稳态极化曲线和循环伏安曲线。结果表明,B位掺杂可显著提高LaNiO3催化剂的电催化性能,其中LaNi0.8Co0.2O3的双功能电催化活性最好。     

新型纳米晶双功能氧电极的研究

合成了系列新型纳米晶钙铁矿型双功能氧电极催化剂La0.6Ca0.4CiO3,La1-xSrxNi1-xCoxO3(x=0,0.05;y=0,0.1),经XRD表征催化剂均为钙钛矿单相.考察了不同催化剂对氧还原和氧析出反应的电催化活性.结果表明,纳米级钙铁矿型催化剂LaNi0.9Co.1O3和La0.95Sr0.05Ni0.9Co0.1O3具有良好的氧还原催化活性,而La0.95Sr0.05Ni0 9Co0.1O3和La0.6Ca0.4CoO3的氧析出催化活性较高.     

钙钛矿型La_(1-x)Sr_xFeO_3和LaNiO_3纳米晶在双功能氧电极上的应用

采用溶胶－凝胶法制备了双功能氧电极催化剂Ｌａ１－ｘ Ｓｒｘ ＦｅＯ３ 和ＬａＮｉＯ３ 纳米晶,用ＸＲＤ、ＴＥＭ 技术对催化剂进行了表征,并采用稳态极化曲线法和循环伏安法考察了不同催化剂对氧电极的催化活性,充放电实验进行了寿命考查。结果表明,纳米级钙钛矿型复合氧化物Ｌａ１－ｘ ＳｒｘＦｅＯ３ 和ＬａＮｉＯ３ 作为催化剂用在双功能氧电极上具有良好的双向催化性能,并且纳米晶Ｌａ１－ｘ Ｓｒｘ ＦｅＯ３ 对氧阴极还原催化性能在ｘ＝ ０．５ 及ｘ＝ ０．２５时最佳,对氧阳极析出催化性能在ｘ＝ ０．７５时最佳。实验结果表明纳米级催化剂催化活性优于传统方法制备的非纳米级催化剂的活性     

MH-空气蓄电池的研制

设计制备了双效空气电极,考察了添加剂对贮氢合金(MH)电极性能的影响并优化制备了MH电极,组装了MH-空气蓄电池。采用半电池的方式分别考察了双效空气电极及MH电极的性能。采用循环充放电实验考察了MH-空气蓄电池的稳定性,并对蓄电池放电的比功率及比能量进行了测试。结果表明,所制备的空气电极具有较好的双效功能,可实现自呼吸式充放电;优化条件下,即添加剂组分羟基镍粉与聚四氟乙烯(PTFE)的比例为7∶3时,制备的MH电极具有良好的充放电性能及稳定性;所组装的MH-空气蓄电池在20周期循环充放电测试中,显示了较好的运行稳定性并可实现自呼吸式充放电。在较大电流密度时,空气的传质对蓄电池性能有较大影响。以贵金属为双效电催化剂研制的MH-空气蓄电池,其峰值比功率可达70mW·cm-2。该电池在1C放电时,电池平台电压达到0.67V。在0.2C放电时,MH-空气蓄电池的比能量为130Wh·kg-1,显示了较高的比能量优势。     

铝-空气电池钙钛矿型氧电极的研究

制备La0.6Ca0.4CoO3钙钛矿型氧化物作为铝-空气电池氧气还原的催化剂,并对此催化剂做了X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)等结构测试.研究掺杂不同化合物对氧电极性能的影响.测定催化电极在6 mol/L KOH中的阴极极化曲线,并且组装成铝-空气电池,来考察电极的电化学性能.结果表明:钙钛矿型氧化物La0.6Ca0.4CoO3掺杂金属氧化物即混合催化剂是一种良好的催化剂,有利于促进阴极的氧气还原,改善电极的电化学性能.     

柠檬酸配比对LaNiO3型双功能氧电极的影响

以柠檬酸为配体,采用溶胶-凝胶法合成了钙钛矿型LaNiO3,并以活性炭为载体制备双功能氧电极.以X射线衍射分析(XRD)、环境扫描电子显微镜(ESEM)、比表面积分析(BET)、光电子能谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等表征合成产物.XRD结构分析表明当柠檬酸与硝酸镧、硝酸镍摩尔比大于1:1:0.4时得到了钙钛矿单相.采用三电极体系测试了氧电极的阴极极化和阳极极化的稳态极化曲线.结果表明,柠檬酸摩尔比对LaNiO3催化剂的电催化性能有显著影响,其中摩尔比为1:1:0.6和1:1:3.0时的双功能电催化活性最好.     

钙钛矿型催化电极材料La-Sr-Co的结构与性能

研究了La1-xSrxCo0 .98Ni0 .0 2 O3(x =0 .3 ,0 .4,0 .5 ,0 .8) (LSCNO)系列钙钛矿型氧化物的结构及烧结性、导电性。采用化学法制备LSCNO系列钙钛矿型氧化物 ,并用X射线衍射、扫描电子显微镜等方法分析材料的微观结构 ,研究了结构和性能之间的关系。经XRD分析 ,LSCNO系列钙钛矿型氧化物的结构为六方钙钛矿型 ,随LSCNO中锶含量的不同 ,晶胞参数发生变化。随锶含量的增加 ,LSCNO系列钙钛矿型氧化物的烧结性变好 ,电导率提高 ,说明电势较高的Sr—O键降低了晶格能 ,提高了烧结活性 ,同时 2价锶的引入也增加了结构缺陷 ,使导电性增加。电导率还受到烧结温度的影响 ,烧结温度高 ,电导率低。     

氧电极催化剂钙钛矿氧化物的制备及催化性能

采用无定形前驱体法,以苹果酸作络合剂,制备了La1-xCaxCoO3和La1-xSrxMnO3系列钙钛矿氧化物,运用差热分析(DTA)和X射线衍射分析(XRD),探讨了催化剂的制备条件,制备La1-xCaxCoO3的最佳pH值为3.0,煅烧温度为650℃,制备La1-xSrxMnO3的pH值影响不大,煅烧温度为600℃。电化学研究结果表明,La0.6Ca0.4CoO3和La0.8Sr0.2MnO3具有较好的催化活性。     

金属空气燃料电池氧电极催化剂

采用固相反应法制备纳米γ MnO2催化剂,通过热压制得三相气体扩散电极。用稳态电流 电位极化曲线研究了这种纳米γ MnO2催化剂制成的多孔三相气体扩散电极的电化学性能,催化剂加入量对氧电极性能的影响,同时催化剂经过过筛处理后性能有很大的提高。SEM分析表明:过筛处理后,催化剂颗粒分布均匀,对氧还原的催化活性明显提高。     

pH值对钙钛矿催化剂结构和性能的影响

在溶胶凝胶法的基础上,通过提高初始溶液pH值的方法,制备了纳米级的钙钛矿催化剂,采用了X射线衍射法(XRD)、透射电子显微镜法(TEM)对催化剂的物相进行了表征;用此催化剂制作了双功能氧电极,并采用电化学极化曲线、交流阻抗谱、充放电性能测试对其进行了分析。结果表明,随着初始溶液pH值的增大,催化剂的电化学性能提高,其中初始溶液pH值为9～10时,晶体粒径最小,电极的极化电流密度最大,交流阻抗值最小,电池的充放电性能最佳。     

胶体VRLA电池中的氧传输

阀控式铅酸(vRLA)蓄电池中氧传输过程可分两种:水平传输和垂直传输.在对胶体VRLA电池的研究中发现:电解液饱和度对氧传输方式有着重要影响,当饱和度高于91.5%时,传输方式以垂直传输方式为主;当饱和度低于91.5%时,以水平传输为主.与AGM隔板VRLA电池相比,肢体VRLA电池更有利于氧的水平传输.     

二次碱性锌电极缓蚀添加剂应用研究进展

指出了二次碱性锌电极目前存在的变形、枝晶生长、自腐蚀及钝化等问题,分析了这些问题产生的原因.综述了近年来二次碱性锌电极缓蚀添加剂和电化学性能改进的研究进展,展望其未来的发展趋势和应用领域.     

中低温SOFC钙钛矿型阴极材料的研究进展

阐述了钙钛矿材料的结构和渗氧特征,总结了目前中低温(400～750℃)固体氧化物燃料电池(SOFC)阴极材料钙钛矿系列ABO3型、K2NiF4型、YBa2Cu3O7-δ(YBCO)型和BiVOx型氧化物的研究现状.