低共熔溶剂在电池和电催化中的应用

绿色且高效的电池和电催化反应是可持续发展的基本要求,其关键因素之一在于选择能提高效率的绿色电解质和合成高效电极材料的绿色溶剂。低共熔溶剂(DESs)是一种新型环境友好的电解质和溶剂。与传统的溶剂和电解质(如离子液体、水、超临界二氧化碳)相比,DESs具有合成简便、价格低廉、可设计等优点,在电池和电催化领域有着广阔的应用前景。这方面的研究还处于起步阶段,未见有综述系统介绍。本综述内容包括以下几个部分。(1) DESs作为电池和电催化反应的电解质,其中电池包括太阳能电池、锂离子电池、钠电池、锌电池、铝电池、液流电池、超级电容器,电催化反应包括析氧反应、析氢反应、氧还原反应、全解水反应、氮气电催化反应、二氧化碳电还原反应;(2) DESs作为制备电池和电催化反应电极材料的溶剂;(3) DESs作为回收电极材料的溶剂;(4)结论和展望。     

微生物燃料电池的基础研究

构建了一个无中间体、无膜的微生物燃料电池,电池以生活污水为初始接种体,以醋酸钠水溶液为原料,考察了溶液浓度和电子受体等对电池性能的影响,分析了电池中微生物的反应动力学特征,并对电池中微生物的种属进行了鉴定.结果显示,微生物燃料电池中电流的产生主要是依靠电极表面吸附微生物直接将代谢产生的电子传递给电极表面所致;溶液COD的降解符合一级反应动力学特征;当溶液中存在Q2和NO3-时溶液输出电压或电量均会降低,前者主要是发生好氧呼吸,后者主要是发生了反硝化作用.通过16 s rDNA的基因分析,确定了电池中的优势微生物为假单胞菌属.     

镍基化合物氧还原/析氧双功能催化电极的研究进展

燃料电池和金属-空气电池是一类清洁、高效的能源利用装置.为了实现碳中和生态经济,燃料电池和金属-空气电池将有望成为未来的重要能源利用方式之一.氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)是这两类能源利用装置最重要的两个反应.因此,提高燃料电池和金属-空气电池催化效率是提高它们能源利用率的重要手段.从简化、降低成本和系统实际...     

低流速燃料电池重力辅助排水

实验研究了反应气体低流速下质子交换膜燃料电池内液滴自身重力对电池性能的影响。结果显示,自身重力有利于液滴脱离气体扩散层,使液态水有效排出电池堆。电池水平放置阴极向下时,液滴重力与其脱离气体扩散层方向一致,电池性能最佳;电池竖直放置时,液滴重力与气体将其吹扫出电池方向一致,其向外排水能力最强。反应气体流速较低时,电池在不同放置方式下,提高其温度,电池性能上升;电池竖直放置时,气体加湿对电池性能影响不大。电池测试时,应该避免电池阴极水平向上。     

低流速燃料电池重力辅助排水

实验研究了反应气体低流速下质子交换膜燃料电池内液滴自身重力对电池性能的影响。结果显示,自身重力有利于液滴脱离气体扩散层,使液态水有效排出电池堆。电池水平放置阴极向下时,液滴重力与其脱离气体扩散层方向一致,电池性能最佳;电池竖直放置时,液滴重力与气体将其吹扫出电池方向一致,其向外排水能力最强。反应气体流速较低时,电池在不同放置方式下,提高其温度,电池性能上升;电池竖直放置时,气体加湿对电池性能影响不大。电池测试时,应该避免电池阴极水平向上。     

负载动态变化时直接甲醇燃料电池的响应特性

直接甲醇燃料电池动态特性的研究对于实际应用来说非常重要.实验研究了直接甲醇单体燃料电池电流动态变化时电压的响应. 基于计算机控制的负载变化,得到了各种电流变化波形及不同的加载电流、放电/开路时间、加载斜率下的电池电压动态响应.结果表明电池电压对电流动态变换变化时的响应很迅速,动态运行时电池的开路电压要比稳态时的高,加载斜率对电池动态响应特性有重要影响. 电池内部电化学反应和传热传质瞬态变化的相互作用是电池动态响应的关键.     

无中间体无膜微生物燃料电池的构建与运行

微生物燃料电池(MFC)是一种以微生物为阳极催化剂,将化学能直接转化成电能的装置.构建了一个无中间体、无膜的微生物燃料电池,电池以生活污水为初始接种体,以葡萄糖水溶液为原料,考察了溶液浓度、外电阻、温度、氧气和苯酚加入等因素对电池性能的影响,分析了电池中微生物的生化反应动力学特征.结果显示:微生物燃料电池中电流的产生主要是依靠电极表面吸附微生物直接将代谢产生的电子传递给电极表面所致;电池适宜温度为35℃,氧气的存在不利于电池电流输出;在低浓度范围内(＜500 mg·L-1),电池电压输出与溶液浓度之间符合Monod方程;电池电压与外电阻之间呈直线关系(V = 525(418i,相关系数r = 0.998),由此可推出,电池内电阻为418 (;而经过长期驯化,电池能适应苯酚的存在,但苯酚降解对电池电流的输出贡献较小.     

大连化物所开发出基于Mn~(2+)/MnO_2可逆双电子溶解-沉积型反应的锌锰液流电池

<正>近日,中科院大连化物所储能技术研究部李先锋研究员、张华民研究员团队开发出了一种基于双电子转移,沉积-溶解型反应的锰基正极电对;并将上述电对应用于中性锌锰液流电池当中,大幅提高了电池的可靠性。该工作为开发新一代二次锰基电池提供了新思路。     

汽车代用燃料的开发

为减少对不可再生石油能源的过度开采和环境污染 ,用于汽车的许多种代用燃料已经被开发出来 ,主要有压缩天然气、液化石油气、醇燃料、合成燃料、二甲醚、生物柴油、氢及燃料电池等。压缩天然气和液化石油气是较好的代用燃料 ,将会被大量应用 ;醇燃料是清洁燃料 ,但当要避免甲醇的毒性问题时 ,乙醇可代替 ;合成燃料有两种 ,一种是合成气经费 托反应制取液体燃料 ,另一种是通过煤液化反应制取 ;二甲醚和氢制备方法较成熟 ,均是清洁燃料 ,适用不同的发动机 ;生物柴油以天然植物油为原料 ,有环保和润滑特性 ,但高粘度影响了它的应用 ;燃料电池…     

镁空气电池空气极粘结剂选择

镁空气电池是金属空气电池的一种,主要是金属阳极的材料选择镁合金,镁空气电池相比于其他空气电池的优势主要集中在电解液以及反应产物上面。同时它具有比能量高,原材料来源丰富并且属于环保无污染的特点。本文主要讲述了镁空气电池阴极空气极制备过程中粘结剂的选择与影响。     

锂离子电池电极材料的新进展

正0序言电化学电池最早由亚历桑德罗·伏特(Alessandro Volta)于1800年发明,可分为原电池和二次电池。原电池因不可逆的电化学反应仅能供一次性的使用;而二次电池(即可充电电池)可通过放电和再充电循环利用,其功能源于电池中发生的可逆电化学反应。二次电池发展迅速,主要包括镍氢电池,锂离子电池(LIBs)和钠离子电池。在二次电池中,索尼公司于1991年推出的第一款商用锂离子电池引     

锂离子电池中金属及金属氧化物引发自放电的研究

组装以Cu O或ZnO为工作电极的扣式电池,采用循环伏安法和X射线衍射技术考察锂离子电池中金属及氧化物或作为杂质的电化学行为,研究其引发电池自放电的机理。结果表明:Cu O、ZnO在正极高电位下未参与电极间的电化学反应,是可以稳定存在;但在负极则会发生还原反应生成金属单质,这是自放电电池隔膜黑点负极侧金属的主要来源之一。     

钒微流体燃料电池性能的数值模拟

对一种新型钒微流体燃料电池进行了理论分析并建立了三维数值模型。该模型包含了层流、物质传输与电化学反应等电池内部的物理和化学过程。计算得到的极化曲线与实验数据吻合较好,说明模型是可靠的。通过多场耦合求解,数值模拟了体积流速、燃料纯度等对电池性能的影响。研究结果表明：增大体积流速可以提高电池的功率,但燃料利用率会大幅降低;燃料纯度对燃料电池的电压有较大影响;燃料利用率低是制约微流体燃料电池发展的主要因素之一。通过改进原有Y形流道设计,设计了一种双Y形流道微流体电池,仿真结果显示其可以较大地改善燃料的利用率。     

硫基聚合物助力续航时间长、电容大的电池

<正>锂硫电池的蓄电量是目前最好的锂离子电池的4~5倍,但是在锂硫电池的商业化之路上存在很大的现实障碍。最近,研究人员证明,硫基聚合物可能是质轻、价廉、电容大的电池的有效解决方案。锂硫电池实用性不够强是因为其寿命较短。"锂电池可以持续充放电1 000多次,而锂硫电池充放电循环还不到100次其寿命就到了尽头。"亚利桑那州立大学化学家Jeffrey Pyun如是说。锂硫电池中,硫元素在负极与电解质中的锂离子发生反应,生成锂硫盐并最终沉积在电极上。这些副反应消耗负极的硫,从而降低了电池的存储容量并造成了电池的结构问题。据Pyun介绍,几个研究小组利用纳米材料捕获金属元素以防     

锂-空气电池的电化学控制

<正>由于能量密度可达同等质量锂离子电池的10倍,锂-空气电池至少在纸面上看起来非常惊人。但在实践中,它们的状况并不佳,要防止这些电池快速失效,需要控制充放电过程中发生的复杂的、至今未完全了解的化学反应。电化学家已经朝这个方向迈出了一步,他们制备了一系列由具有纳米材料特性的电极组成的锂-空气电池,证实这些电池的化学性能与电极     

锌溴液流电池通道的计算流体力学模拟

针对不同类型的锌溴液流电池通道,利用流体力学计算软件 FLUENT对流体的流动状态进行了模拟。结果表明,在相同流速条件下,直角通道和弯角通道流体的局部流速最大值都出现边壁突变处;在液流电池反应区,流体的局部流速和湍流程度的分布存在不均匀现象。通过改变进出反应区的分流通道数量和结构,可以使电解液在反应区流动均匀,改进整个流动体系的传质性能,进而使锌溴液流电池电堆的充放电性能得到提高。     

固态有机材料在双离子电池正极中的应用

双离子电池(DIBs)是一种阴阳离子同时参与氧化还原反应的电池体系,具有工作电压高,安全性能好等优势。在双离子电池中,正极发生阴离子(如PF_6~-)的嵌脱反应,阴离子普遍具有较大的离子半径,虽然在石墨的层间实现了嵌入/脱出反应,但也容易造成石墨结构中电化学活性位点损失,甚至发生石墨层脱落粉化等不利,因而出现阴离子嵌脱性能差的严重问题。为此,寻找结构稳定的储阴离子材料成为双离子电池实现应用的关键。固态有机化合物材料结构柔性、官能团易调控及可再生等优点,极具潜力用于双离子电池正极。本文综述了固态有机化合物作为双离子电池正极进行储阴离子的研究。     

锂离子电池电极颗粒分布对电化学性能影响的分析

活性材料颗粒尺寸分布是锂离子电池电极的重要参数之一,对电池的电化学性能具有重要影响。基于多颗粒模型,本文对锂离子电池的电化学性能进行模拟和预测,分析了粒径分布对放电过程的影响,阐明了不同尺寸颗粒在整个放电过程中的作用以及不同尺寸颗粒间的相互作用。研究表明:在放电前期,锂离子的嵌入反应主要发生在小尺寸颗粒上;在放电后期,小尺寸颗粒嵌入的锂离子已接近饱和,电化学反应将在不同尺寸颗粒表面间转移,锂离子的嵌入反应主要发生在大尺寸颗粒上。因此,在电池制造中,均匀的电极活性材料粒度分布将有助于避免放电后期电极颗粒不均匀所引起的极化现象。     

改性电极复合材料的导电性和电化学性能

采用不同方式在钒电池电极复合材料中加入钛酸酯偶联剂进行改性,研究了改性复合材料的导电性和在钒电池电解液中的电化学性能. 结果表明,煤油作为偶联剂溶剂在一定范围内可使复合材料电阻率有明显下降;加入偶联剂的复合材料电极在钒电池电极反应中可能会伴有少量的电池副反应. 通过SEM分析了复合材料的微观结构.     

MH/Ni电池充放电循环过程中电化学性能研究

研究了MH/Ni电池充放电循环性能,对电池充放电过程中电化学特性进行了研究,考察了充电过程中充电电流大小和充电方式的不同对电池充电效率以及电池整体性能影响,探索了MH/Ni电池内压产生并且变化的原因.结果表明电池循环性能的降低与电池内阻增加以及电极材料的腐蚀粉化有关;另外脉冲充电时电池内压性能要明显优于恒流充电,而且小电流和脉冲充电对正负极活性材料的破坏较小,因此较大电流快速脉冲充电是一种较好的充电方式.