二氧化锰的碳酸锰热解制备及其对氧还原催化性能研究

用碳酸锰热解的方法制得化学二氧化锰,用X射线衍射确定其纯度为100%。以制得的二氧化锰为催化剂,以炭黑(Vulcan XC-72)为载体,制备成气体扩散电极,显示出对氧还原的优越催化性能。碱性条件下,电极在-0.2 V(vs Hg/HgO)电位下,电流密度达到94 mA/cm2(不加催化剂时为9 mA/cm2)。     

多孔纳米碳纤维作为质子交换膜燃料电池微孔层的性能

质子交换膜燃料电池膜电极中的微孔层结构对改善体系的水管理能力,提升膜电极的整体性能发挥重要作用。本文通过静电纺丝和后续热处理的方法制备了多孔纳米碳纤维（PCNF）,并以此构建膜电极的微孔层。与炭黑颗粒作为微孔层呈现出紧密堆积结构不同,由PCNF搭建的微孔层结构疏松呈现三维贯通状。膜电极的发电测试表明,以多孔纳米碳纤维作为微孔层（MPL-PCNF）的膜电极其最大功率密度达70.0mW/cm²,远高于炭黑颗粒为微孔层（MPL-CB）的膜电极（58.1mW/cm²）,而没有微孔层（Ref）结构的膜电极最大功率密度仅为27.7mW/cm²,显示出PCNF作为微孔层材料的明显优势。     

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。     

炭黑模板法制备大孔原位晶化型催化裂化催化剂

通过在高岭土微球中分别引入两种型号的炭黑制备了NaY/高岭土复合微球，采用XRD、低温N2吸-脱附、SEM等分析方式进行了表征，并对改性后的催化剂进行了反应评价。研究显示，通过引入炭黑可有效提高NaY/高岭土复合微球的相对结晶度、介孔孔体积和介孔孔径。与常规方法相比，引入2%(炭黑质量占高岭土微球质量的分数)炭黑N990所制备的复合微球，其相对结晶度从26%增加到30%，介孔孔体积从0.212 cm³/g增加到0.320 cm³/g，介孔最可几孔径从4.3 nm增加到6.6 nm。催化剂评价结果显示，与常规方法相比，加入2%N990所制备的催化剂，油浆收率下降2.44%，总液收增加2.15%。相对于炭黑型号，炭黑的加入量对复合微球的介孔结构和催化剂反应性能影响更大，炭黑加入量增加到4%，复合微球的介孔孔体积下降，催化剂油浆收率上升。     

质子交换膜燃料电池微孔层浆液微观结构与流变性

微孔层（MPL）是质子交换膜燃料电池（PEMFC）水管理的重要部件。本文系统性选择了4种典型炭黑[ACET、XC-72R、BP2000、天然气裂解炭黑（NG）]，借助原子力显微镜（AFM）、场发射透射电镜（TEM）和动态光散射粒度分析仪（DLS PSD）对浆液微观结构的研究，给出团聚性这一浆液评价标准，并结合流变性揭示了定量标准。研究结果表明，不同炭黑的团聚程度大小依次为ACET>XC-72R>BP2000>NG。剪切稀化指数n越大，MPL浆液团聚程度越低，颗粒分散越均匀；n越小，团聚程度越高。具体而言，固含量α=6%时，添加NG、BP2000、XC-72R、ACET炭黑的MPL浆液的剪切稀化指数n分别为0.554、0.320、0.118、0.039；测得的ACET、XC-72R、BP2000、NG的团聚体粒径分别为1.358μm、1.149μm、0.732μm、0.406μm，所以浆液的剪切稀化指数与其团聚程度成反比。总之，NG-MPL剪切稀化程度最低，NG更加适合作为MPL的碳材料，也为今后MPL的制备和优化提供指导。     

质子交换膜燃料电池气体扩散层结构与设计研究进展

气体扩散层（GDL）在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中起到支撑催化层、传输反应气体和排出反应过程中产生的水的作用，设计和优化GDL的结构对提升燃料电池的性能有重要作用。本文首先介绍了氢燃料电池应用前景，简述了PEMFC的结构和工作原理，指出了目前GDL的气液传输能力不足的问题，分析了孔结构、碳材料、微孔层微观结构、润湿性和耐久性五个因素对GDL性能的影响，并归纳了当前的研究进展，同时还涵盖了与GDL内传质过程相关的建模方法。最后总结了影响GDL性能的各种因素，并对质子交换膜燃料电池内的GDL发展进行了展望，指出用新型金属泡沫材料代替传统碳材料构建气体扩散层-双极板集成结构从而缩短传质路径并降低传质阻力，提出利用新兴的3D打印技术去构建高精度具有复杂结构的气体扩散层。本综述对未来优化GDL结构、提高燃料电池性能具有一定的指导意义。     

新型包覆碳化钨载体负载Pd催化剂的性能

以Vulcan XC-72R活性碳作为碳源,采用高温热处理还原法,在活性碳表面原位还原钨酸铵,形成表面包覆钨的碳化物结构的载体。通过BET等当钨酸铵用量适宜时,形成的钨的碳化物的平均孔径较大,较大介孔所占比例较大,以其为载体制备的Pd催化剂Pd/WC-2其电荷传递阻抗和扩散阻抗都较小。催化剂Pd/WC-2对甲酸的氧化不但具有较高的活性,同时也具有很好的稳定性。     

ZSM-5凝胶体系硅铝比对SAPO-34/ZSM-5复合分子筛结构性质的影响

采用微波水热包覆法制备SAPO-34/ZSM-5复合分子筛。考察了ZSM-5凝胶体系硅铝摩尔比对复合分子筛微观结构和物化性质的影响,采用XRD、SEM、BET、NH_3-TPD等手段对合成的复合分子筛微观结构、形貌、孔结构及表面酸性质等进行分析表征。结果表明,ZSM-5凝胶体系硅铝比对复合分子筛样品晶相组成影响较小,但对样品比表面积、孔结构参数及表面酸性质影响较大。硅铝比为150时,SAPO-34/ZSM-5复合分子筛具有包裹状特殊晶体结构及多级孔(微孔孔容0.21 cm³/g、介孔孔容0.09 cm3/g、介孔孔容0.09 cm³/g)和弱酸中心(0.209 mmol/g)独特物化性质。     

亲疏水交替碳纸的制备及其在气体扩散层中的应用

气体扩散层（GDL）作为控制质子交换膜燃料电池（PEMFC）水气传输的核心部件，对PEMFC的性能具有重要影响。将碳纤维纸（CP）浸渍聚四氟乙烯（?PTFE）乳液后，通过模具夹持进行干燥，得到了亲疏水交替的CP，并通过微孔层（MPL）涂敷工艺制备了基底层亲疏水交替的GDL，以期提高PEMFC性能。通过SEM、EDS、接触角、垂直平面（TP）电阻率、垂直平面（TP）透气率和电化学性能等测试对基底层亲疏水交替GDL的结构与性能进行了分析。结果表明：浸渍PTFE乳液的CP经模具夹持干燥后，形成条纹状亲水区和疏水区。将基底层亲疏水交替的GDL组装成单电池，在2 A/cm2电流密度（简称电密）下的电压为0.47 V，功率密度为948 mW/cm2；相同条件下，采用基底层无差别疏水处理的GDL组装成单电池，其电压为0.44 V，功率密度为884 mW/cm2，与基底层无差别疏水处理的GDL相比，电压及功率密度分别提高了6.82%和7.24%。     

复合多孔气体扩散层对PEM燃料电池性能研究

合理的扩散层孔隙率能提高燃料电池性能以及燃料的利用率。通过建立孔隙率沿扩散层厚度(Z轴)和宽度(X轴)方向变化的复合多孔扩散层结构,对复合多孔扩散层的氧气浓度分布、液态水浓度分布以及极化曲线进行了分析。研究结果表明：孔隙率沿扩散层厚度(Z轴)和宽度(X轴)方向变化的复合多孔扩散层结构与均匀结构的孔隙率相比,对电池的性能有所提高,并且孔隙率梯度变化越大的电池所表现出的电池性能越好。     

LiFePO4/C复合材料的制备和性能

采用高温固相合成法二次灼烧工艺制备锂离子电池正极复合材料LiFePO4/C。经300℃和650℃二次灼烧,得到了从纳米到亚微米尺寸的LiFePO4和LiFePO4/C复合材料。X射线衍射(XRD)结果表明,所得到的LiFePO4和LiFePO4/C样品具有单一的橄榄石型晶体结构,且具高纯度。在多种碳源(如乙炔黑、Vulcan XC-72碳黑、鳞状石墨、各向异性石墨和葡萄糖)制备的LiFePO4/C复合材料中,以葡萄糖为碳源合成的样品具有最好的电化学性能。在电池工作温度由室温提高到40℃时,由于复合材料的电子电导率增大和锂离子在材料中的扩散速度加快,电池的充放电循环性能明显提高。     

质子交换膜燃料电池挡板结构优化

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)流道结构优化能提高反应气体质量传输效率和电流密度,是改善PEMFC输出性能的有效方法。建立PEMFC单直流道几何模型,通过在流道内添加梯形挡板研究了挡板倾角对反应气体传输特性的影响。结果表明,在流道内添加挡板,可明显提高流道内反应气体流速并促进反应气体由流道向扩散层的质量传输;增大对称和非对称梯形挡板的前、后倾角,可有效增大挡板下方O₂质量分数,提高气体扩散层中反应气体通量,强化反应气体质量传输;与对称梯形挡板相比,前倾角75°、后倾角60°或前倾角60°、后倾角75°的非对称梯形挡板强化反应气体质量传输的效果更佳;PEMFC扩散层与催化层中的O₂摩尔分数随挡板数量增加而显著提高,且在挡板对应区域出现反应气体浓度波峰;PEMFC输出性能随流道内挡板数量增加而提升。流道内添加11个前倾角60°、后倾角75°的非对称梯形挡板时PEMFC峰值功率密度为0.435 W/cm²,比无挡板时提高6.6%。此外,工作电压U=0.1 ...     

TiO2/Al2O3复合载体的气体传质模拟与结构优化

为优化TiO₂/Al₂O₃复合载体结构用于高通量全硅Deca-Dodecasil 3R(DD3R)分子筛膜的制备，构建基于黏性流和克努森扩散的气体传质模型，并结合实验获得模型所需参数，探讨了操作条件与结构参数对复合载体内气体渗透的影响。结果表明：单组分气体流率的模型计算值与实验值吻合较好，验证了模型的可靠性；增加压力或降低温度均会减少克努森扩散对气体渗透的影响；CO₂通过复合载体的多层非对称结构时，传质阻力主要集中在TiO₂层与海绵层。在DD3R分子筛膜已有工作的基础上，通过建立载体与分子筛膜CO₂渗透性之比的等值线图，揭示了TiO₂/Al₂O₃复合载体渗透性与TiO₂层、海绵层结构参数(孔径和层厚)间的协同关系。     

膨胀石墨填充硬质聚氨酯泡沫塑料的研究

对膨胀石墨(EG)填充硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)泡孔结构和填料分散情况进行了分析，研究了EG对RPUF的微观结构形态、泡孔平均直径和泡孔直径分布的影响；同时研究了EG对RPUF的压缩力学性能和电学性能的影响，并分析其压缩破坏的机理。结果表明：EG使RPUF泡孔平均直径减小，泡孔尺寸分布减小，EG在反应体系中充当泡孔成核剂，石墨片层间距离小，并未形成插层复合结构。随EG用量的增加，RPUF的压缩强度和压缩模量轻微下降。不同膨胀倍率的EG对其压缩强度和压缩模量没有影响；EG填充RPUF的体积电阻没有变化，对其导电性能没有影响。     

Pd1-xWx/C催化剂的制备及其催化氧还原性能

采用乙酰丙酯钯和六羰基钨为前驱体,选择Vulcan XC-72炭黑为载体,在1,6-己二醇介质中利用回流法一步制备了Pd1-xWx/C(x=0、0.1、0.2、0.3)催化剂.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和旋转圆盘电极(RDE)测试技术对催化剂进行表征.结果 表明,Pd1-xWx/C样品具有面心...     

石墨片改性质子交换膜燃料电池用微孔层性能研究

气体扩散层是质子交换膜燃料电池(PEMFCs)核心部件之一.本文通过减薄石墨片复合改性微孔层提高气体扩散层的抗腐蚀、导电性能,同时揭示改性微孔层微观结构与耐蚀性、导电性间作用机理.当石墨片添加质量分数为10％时,面电阻率为3.5 mΩ?cm,本体电阻为6.4 mΩ?cm2.通过耐久性腐蚀测试前后形貌对比表明,未改性的微...     

氯化锌活化法制备多孔炭陶复合吸附材料

以氯化锌浸渍的木屑为原料,黏土为粘结剂,制备炭陶复合吸附材料。讨论了炭化温度和保温时间对其吸附性能的影响,并对其孔隙结构进行了表征。结果表明,随温度和保温时间的增加,炭陶复合吸附材料的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值呈先上升后下降的趋势;木屑受到活化作用形成活性炭而发生收缩,在活性炭和陶土之间形成空隙,有利于形成孔隙结构发达的炭陶复合吸附材料。在温度500℃、保温时间1 h的较佳工艺条件下,制得炭陶复合吸附材料的比表面积为809.5 m²/g,总孔容积为0.298 cm³/g,中孔容积为0.185 cm³/g,微孔容积为0.113 cm³/g,炭陶的含炭量为60.7%,碘吸附值为680.5 mg/g,亚甲基蓝吸附值为165.0 mg/g。     

酒糟基氮-磷共掺杂多孔碳材料的制备与表征

以酱香酒酒糟为碳源,磷酸氢二铵为氮-磷源和活化剂,采用直接物混-高温工艺一步碳化活化制备酒糟基多孔碳材料。通过BET、XRD、XPS、SEM、TEM等进行表征分析,考察了碳材料对Cr(Ⅵ)模拟废水的吸附性能。结果表明,当磷酸氢二铵和酒糟质量比为1、活化温度为800℃时,BC800-1的比表面积、总孔容和微孔容分别达到609.08 m²/g, 0.363 cm³/g和0.188 cm³/g,以微孔和小介孔为主,具有部分石墨化结构,表面N、P元素含量分别为3.28%和2.3%。BC800-1对Cr(Ⅵ)的吸附性能较好,在原始条件下最高吸附量为9.2 mg/g。     

无Co双钙钛矿结构中温固体氧化物燃料电池阴极材料SmBaFeNiO5+δ及其性能优化

用溶胶–凝胶法合成了无Co的双钙钛矿SmBaFeNiO_5+δ(SBFN)阴极材料,并引入Sm_0.2Ce_0.8O_1.9 (SDC)电解质材料制备复合阴极,降低热膨胀系数和优化性能。研究表明:SBFN在30~900℃的平均热膨胀系数为14.1×10^-6 K^-1,SBFN–SDC15 (质量比为85:15)复合阴极的平均热膨胀系数降为12.0×10^-6 K^-1。SBFN在425℃时电导率具有最大值,为48 S/cm。700℃时SBFN|SDC|SBFN对称电池的界面极化阻抗(Rp)为0.386Ω·cm²。在SBFN中引入SDC可以改善其电化学性能,SBFN–SDC10 (质量比为90:10)复合阴极具有最低的Rp,为0.224Ω·cm²。800℃时,以SBFN和SBFN–SDC10为阴极的单电池,最大功率密度分别为367.6 m W/cm²和507.8 m W/cm²。     

面向快充锂离子电池的氮掺杂多孔硬碳负极

石墨基锂离子电池负极有限的理论容量和较慢的充电速度已不能满足需求,开发更高容量且兼具快充能力的锂离子电池负极材料成为研究重点。利用蔗糖与浓硫酸脱水反应得到初始硬碳(R-HC),并在NH₃/Ar气氛中退火,得到了氮掺杂的多孔硬碳(N-HC)。N-HC具有丰富的超微孔结构(孔径<0.75 nm)和较大的层间距(约为0.39 nm),使得锂离子在N-HC中的扩散系数能够达到9.0×10^-8 cm²·s^-1。在0.27 C和2.7 C (1 C=370 m A·g^-1)条件下,N-HC负极经过680和1 400次循环后容量分别为704.0 m A·h·g^-1和269.2 mA·h·g^-1。尽管其首次Coulomb效率还有待提高,N-HC负极已初步达到锂离子电池的快充性能要求。