锂氧电池双功能催化剂的研究进展

综述了锂氧电池中氧电极用双功能催化剂的研究进展。重点介绍了金属合金、尖晶石、孔雀绿和钙钛矿等4种双功能催化剂的特征及电化学性能,认为尖晶石型和钙钛矿型催化剂的催化性能突出。展望了锂氧电池双功能催化剂的发展方向。     

氧电极催化材料的研究现状

主要综述了近几年燃料电池、金属-空气电池中氧还原反应(ORR)催化剂的发展状况,包括发展成熟的贵金属及合金;过渡金属复合氧化物、简单氧化物;过渡金属大环化合物以及双功能电催化剂研究现状。着重阐述了氧气在这些催化剂上的电化学还原机理,催化剂结构对ORR的影响。在贵金属及合金催化剂中,较详细地介绍了Pt-M合金催化剂中各种过渡金属M提高合金催化性能的理论机理,如“锚定效应”等;在过渡金属复合氧化物催化剂中,探讨了掺杂离子的变价作用增加氧气的活性吸附位、提高ORR速率的机理。     

钙钛矿型双功能氧电极在MH-空气蓄电池中的应用

从LaNiO3的B位掺杂出发,采用溶胶-凝胶法制备了一系列掺杂Co和Fe离子的高催化活性的LaNi1-y-Co(Fe)yO3型钙钛矿电催化剂,并进一步研究了催化剂对于氧还原反应和氧析出反应的电催化性能,筛选出最佳催化活性的催化剂。将LaNi0.8Fe0.2O3和LaNi0.8Co0.2O3催化剂制备的双功能氧电极初步应用于MH-空气蓄电池。结果表明:使用较高催化活性的LaNi0.8Co0.2O3为氧电极催化剂的电池性能比使用LaNi0.8Fe0.2O3为催化剂的电池高,但是电池放电容量的衰减比LaNi0.8Fe0.2O3为催化剂的电池大,这是由于钙钛矿催化剂晶格内的Co离子不如Fe离子稳定造成的。两种催化剂制备的双功能氧电极都在152h的充放电循环时间内保持了比较好的工作状态。     

铅铋合金在H2SO4溶液中析氧反应研究

采用线性电位扫描法、气体收集实验以及电化学阻抗法研究了纯铅电极和铅铋[w(Bi)=0.05%]合金电极在硫酸溶液中的析氧反应.阳极极化曲线测量表明,相同电位下,纯铅电极上的析氧电流稍小于铅铋合金电极上的析氧电流;氧气收集实验.表明,相同电位下,纯铅电极上收集到的氧气的体积稍小于铅铋合金电极;交流阻抗实验表明,在两种电极上的析氧反应均受电荷传递控制,且相同电位下,纯铅上的析氧反应电阻略大于铅铋合金电极上的反应电阻.铅铋合金中0.05%铋的存在对析氧反应有催化作用,但影响不大.因而,适量铋的存在并不会增大电池的水损失.     

电池用氧电极催化剂的研究现状

氧电极催化剂一直是金属空气电池和燃料电池领域研究的热点。综述了电池用氧电极电催化剂的研究进展,包括贵金属催化剂(铂、铂合金和银)、钙钛矿型氧化物催化剂、金属有机螯合物催化剂和其它催化剂,认为MnO2电催化剂与上述催化剂相比,最大的优势在于价格低廉,具有非常广阔的应用前景。并对氧电极催化剂的研究进行了展望,认为寻找廉价、高效的催化剂已成为提高氧电极性能的关键。这个问题一旦解决,必将大大推动金属空气电池和燃料电池的发展。     

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。     

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.     

锂-空气电池正极催化剂研究进展

具有超高比能量的锂-空气电池是近年来的研究热点,电解质和空气电极催化剂是锂-空气电池的重要研究内容。介绍了有机体系锂-空气电池空气电极催化剂的研究进展,分析了碳、贵金属、氧化物三类催化剂材料的特征及性能,进而提出了新型、高效、兼具催化氧还原/氧析出功能的纳米催化剂的发展方向。     

质子交换膜燃料电池的初步研究

组装了质子交换膜燃料电池 (PEMFC)单体并研究了其性能。由于氧电极的性能好坏是质子交换膜燃料电池放电性能好坏的关键 ,因此在电池氢电极侧用部分氢电极作为内氢参比电极 ,可以方便地作出氧电极的极化曲线并对其性能进行评价。考察了催化剂载体、膜电极组件 (MEA)的结构和运行条件对氧电极性能的影响并使用非线性最小二乘法拟合了电池参数。实验表明 :电池的最佳运行温度为 80℃ ,压力为氧气压力 0 .3MPa ,氢电极为 0 .3MPa ,催化层的PTFE最佳含量为 35 % ,Nafion含量为 1mg/cm2 ,Pt含量可以降至为 0 .5mg/cm2 。     

锌-空气电池催化电极的制备和研究

锌 空气电池性能稳定、比能量高、原材料来源广泛、成本低廉。合成了钙钛矿型的La0.6Ca0.4CoO3作为锌 空气电池氧气还原的催化剂,并对此催化剂作了红外光谱(IR),X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)等结构测试。研究了催化剂合成对空气电极中氧气还原的影响。通过测定催化电极在碱性介质中的阴极极化曲线,并且组装成锌 空气电池进行放电性能测试,得出了具有最佳放电性能的催化电极组成。实验表明钙钛矿型的催化剂是一种良好的空气(氧)电极催化剂,能有效地促进阴极过程的氧气还原,提高锌 空气电池的性能,如放电容量。     

金属-空气电池阴极催化剂的研究进展

综述金属-空气电池中阴极催化剂的研究进展。分别从贵金属催化剂、金属氧化物催化剂、大分子金属螯合物、钙钛矿类催化剂及其他催化剂等方面,阐述催化剂对阴极催化能力的影响,并对发展趋势进行展望。     

基于电纺技术的高性能氧阴极一体化制备负载

基于静电纺丝技术制备的非贵金属氮碳材料应用于氧还原催化可实现催化剂的低成本大批量稳定生产.通过在气体扩散层上电纺接收引入硝酸铁和葡萄糖的聚丙烯腈纤维前驱体,并通过二次热处理得到了从制备到负载一体化的高性能氧阴极双层组件.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等表征证实葡萄糖对Fe原子的有效分散作用,并提升...     

燃料电池氧电极催化剂的研究现状

燃料电池是一种环境友好的发电装置。氧还原反应阴极催化剂对燃料电池的性能起着非常关键的作用。因此,开发高效的氧还原催化剂一直是燃料电池工作者非常关注的课题。综述了近几年燃料电池阴极催化剂的研究进展,提出了存在的问题和可能的发展趋势。     

咪唑离子液体中氧在MnO_2电极上的电化学性能

以N-甲基咪唑和不同链长的卤代烷烃为原料,合成了三种咪唑类的双(三氟甲基磺酰)亚胺根(TFSI―)离子液体。测定了它们的电导率与电化学窗口;并通过循环伏安、计时电流和交流阻抗等电化学方法,对三种离子液体在涂覆MnO2玻碳电极上的氧还原性能进行了研究。实验结果表明:咪唑环上侧链的链长越长其电导率越小,但对电化学窗口影响不大。分析了氧在三种离子液体中的氧还原电催化机理,比较其电化学性能,均发现咪唑环上侧链链长越短其电化学性能越好。     

新型炭载TM-N/C氧还原反应催化剂的研究进展

燃料电池氧化还原反应具有反应速度慢、反应途径多样性的不利特点,需在催化剂作用下才能进行。对铂基催化剂的依赖使质子交换膜燃料电池(PEMFC)成本过高,限制了其大规模商业应用。研究成本低廉、有良好的ORR催化活性、对电子反应途径有好的选择性、对甲醇有耐受性、良好的稳定性的阴极催化剂是PEMFC实现大规模商业化使用的关键。过渡金属TM-N/C催化剂是近几年兴起的一类氧还原反应催化剂,被认为是最有希望取代铂基催化剂的产品。从影响催化性能的因素、催化活性位两个方面综述了TM-N/C氧还原反应催化剂的研究发展状况。     

不同Pt粒径的Pt/C的氧还原活性和稳定性

通过物理、电化学手段,对Pt粒径分别为1.5 nm、2.3 nm和3.3 nm的Pt/C催化剂的活性和稳定性进行了考察.经过500次电势扫描[0.6～1.2 V(vs.NHE)]后,3种催化剂的电化学活性面积(ECA)分别衰减为初始值的15%、19%和25%;扫描电势为0.9 V时,单位ECA的电流密度分别上升为初始值的1.84倍、1.40倍和1.34倍.     

中性锌-空气电池的阴极非贵金属催化剂

采用中性或准中性溶液为电解质的锌-空气电池具有提高阳极锌稳定性并避免电解质溶液碳酸盐化的优点.开发新型非贵金属催化剂,使之在中性溶液中能有效催化氧还原反应(ORR),这将具有重要意义.通过总结近几年铁/钴/镍掺杂的碳氮复合物的制备、ORR活性测试以及应用于中性锌-空气电池的性能研究方面的主要工作成果,发现采用简单的热解...     

以煤为燃料的化学链燃烧研究进展

从3个方面介绍以煤为燃料的化学链燃烧的研究进展。在载氧体方面,研究载氧体的气固反应特性,采用表面光滑的Fe多晶片作为反应物,借助扫描电镜观测固体产物,剥离了孔隙结构的影响,解决固体产物微观形貌难以直接观察的问题;建立了基于分子尺度固体产物成核与生长的速率方程,从微观分子尺度来描述宏观的动力学行为;建立活性成分与惰性载体间相互作用力模型;提出通过引入外来离子提高天然钛铁矿载氧体反应活性的方法。在煤与载氧体相互作用方面,考虑了挥发分、煤灰对载氧体的影响;采用催化气化使气化速率与还原速率相匹配;煤的破碎、磨耗及分层会导致燃料反应器内气体的不完全转化。在反应器方面,建立了双循环回路的三流化床实验台,实现了140h稳定热态运行;并提出采用下行床、低温化学链燃烧和直接化学链燃烧的概念来转化未反应气体。     

金属掺杂复合催化剂对氧还原反应的电活性

将三聚氰胺与甲醛的聚合树脂产物与一定量的碳粉混合,在N2气氛中高温炭化后制得催化剂载体。将该催化剂载体与聚苯胺混合后,再分别加入Co(NO3)2·6 H2O、Fe Cl3·6 H2O或乙二胺,混合物在N2气氛下通过高温热处理制得氧阴极还原催化剂Fe/Co/N/M。采用扫描电镜、X射线衍射仪对催化剂进行了表征。利用循环伏安及旋转圆盘电极等电化学方法对催化剂的氧还原(ORR)性能进行了测试。结果表明,采用分步加入金属Fe和Co的方式得到的催化剂Fe/Co/N/M在碱性溶液中具有较好的ORR电催化活性,ORR电流密度(2 000 r/min)为8.4 m A/mg@-0.8 V(vs.SCE),ORR起始电位为-0.12 V(vs.SCE)。