M-N-C阴极催化剂的制备及其在微生物燃料电池中的应用

以聚苯胺和硝酸盐为前驱体,采用热处理法制备了M-N-C(M=Fe,Co)材料,并将其作为厌氧流化床微生物燃料电池(AFBMFC)阴极催化剂。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)对催化剂进行晶型结构和表面形貌的表征。采用循环伏安法(CV)对催化剂的电化学性能进行考察,并应用于AFBMFC,考察了其对电池产电性能的影响。结果表明,使用Fe-N-C催化剂的微生物燃料电池稳定运行时,开路电压达到636.0 mV,功率密度达到166.82 mW·m-2,比使用Pt/C催化剂的微生物燃料电池的功率密度提高10%。表明Fe-N-C催化剂用做微生物燃料电池阴极催化剂具有潜在的应用前景。     

常温下以甲烷为燃料的质子交换膜燃料电池发电可行性研究

尝试了常温下以甲烷为燃料的质子交换膜燃料电池发电的可能性，研究了温度和阳极催化剂对其燃料电池开路电压和放电性能的影响。结果表明，甲烷在常温下能够进行电化学氧化，随着电池工作温度的升高，燃料电池的开路电压和功率密度逐渐增加。阳极催化剂的铂含量和催化剂的组成对甲烷的电化学氧化具有非常大的影响。90℃下使用Pt（40wt．％）-Ru（20wt．％）／C为阳极催化剂（催化剂担载量：（2mg Pt＋1 mg Ru）·cm^-2），在以甲烷为燃料时，质子交换膜燃料电池功率密度达到了5．4mW·cm^-2。     

H2S固体氧化物燃料电池的制备及其性能

采用尿素燃烧法制备La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(记作LSCF,下同)钙钛矿型阴极催化剂前体粉末,经800℃锻烧后具有典型的钙钛矿结构。在400～950℃温度范围内,催化剂具有较高的电导率,满足固体氧化物燃料电池阴极的要求。研究了以H2S为燃料气时,单体固体氧化物燃料电池(CoS-Mo2S)/BaCe0.9-xZrxY0.1O3/LSCF在不同温度下的电化学性能以及脱硫性能。结果表明:电池的最大电流密度、最大功率密度以及对H2S的脱除率均随温度的升高而增大;在反应温度为850℃,燃气流量为50 mL/min的条件下,电池的最大电流密度和最大功率密度分别为39.52 mA/cm2,6.38 mW/cm2;900℃时,H2S的脱除率达72%。     

直通孔陶瓷在固体氧化物燃料电池中的应用EI北大核心CSCD

采用海藻酸钠自组装法制备了具有定向直通孔道的氧化钇稳定氧化锆(YSZ)支撑体,向多孔支撑体内部浸渍Ni纳米粒子得到固体氧化物燃料电池的阳极。结果表明:YSZ支撑体的孔径随固相含量的增大而减小,同时也随着CaCl2溶液浓度的增大而减小。使用氢气为燃料、空气为氧化剂,Ni–YSZ/YSZ/LSM–SDC电池在650℃的开路电压在1 V以上,800℃时的最大功率密度为225 m W/cm2。通过调节阳极的孔隙率及电解质厚度有望大幅度提高电池的输出性能,实现直通孔陶瓷在固体氧化物燃料电池上的应用。     

温度对微生物燃料电池电化学性能的影响

分别在20℃,37℃和45℃三个温度条件下以间歇方式运行大肠杆菌生物燃料电池(MFC),研究功率密度、电极电势、电化学阻抗等电化学性质随温度的变化规律.结果表明:温度从20℃提高到37℃,最大功率密度从53.35 mW/m2 (275 mA/m2)增加到610.5 mW/m2(2775 mA/m2),增长了10.5倍;同时阳极电极电势降低;且阳极电化学阻抗由741.9 Ω降低到42.4 Ω.在一定温度范围内,升高温度不仅能提高电池功率输出,而且能增强其电化学活性.但是,太高的温度反而不利于生物燃料电池的运行.45℃时的最大功率密度只有171 mW/m2(600 mA/m2),比37℃时最大功率610.5 mW/m2(2 775 mA/m2)减少72％;同时阳极电化学阻抗由42.4 Ω增加到416.1 Ω.大肠杆菌生物燃料电池在37℃时具有最佳的电化学性能.可见,温度在生物燃料电池运行中是一个非常重要的操作参数.     

以二甲醚为燃料的管式固体氧化物燃料电池性能

研究二甲醚燃料在固体氧化物燃料电池中的发电性能，以浇铸成型方法制备管式固体氧化物燃料电池，并组装单管电池，评估固体氧化物燃料电池的放电性能及发电稳定性，并对比氢气燃料、二甲醚燃料、二甲醚水蒸气混合物燃料的性能。研究表明，使用二甲醚燃料的固体氧化物燃料电池比使用氢气燃料的性能略低，稳定性也有所下降，通过在燃料中添加水蒸气可以有效提高固体氧化物燃料电池的运行稳定性。     

直通孔陶瓷在固体氧化物燃料电池中的应用

采用海藻酸钠自组装法制备了具有定向直通孔道的氧化钇稳定氧化锆(YSZ)支撑体,向多孔支撑体内部浸渍Ni纳米粒子得到固体氧化物燃料电池的阳极。结果表明:YSZ支撑体的孔径随固相含量的增大而减小,同时也随着CaCl₂溶液浓度的增大而减小。使用氢气为燃料、空气为氧化剂,Ni–YSZ/YSZ/LSM–SDC电池在650℃的开路电压在1 V以上,800℃时的最大功率密度为225 m W/cm²。通过调节阳极的孔隙率及电解质厚度有望大幅度提高电池的输出性能,实现直通孔陶瓷在固体氧化物燃料电池上的应用。     

直接利用生物质的化学燃料电池研究进展

近些年燃料电池技术有了长足的发展,利用燃料电池处理废弃生物质并产电是一种新型途径,可以达到废物处理、能源回收的目的。然而,受限于燃料种类、电池性能、产物分离等因素,传统的燃料电池难以直接用于处理废弃生物质。本文首先针对中低温燃料电池如碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池的研究现状进行了综述,结果表明,碱性燃料电池在以小分子有机物作为燃料时性能良好,但是容易受到产物CO₂酸化影响;液相催化燃料电池在催化剂耐受性、生物质处理、电池功率密度等方面表现出优异的性能。然后介绍了电催化剂如过渡金属氧化物、多酸等研究现状,此类催化剂具有较强的氧化性、布朗斯特酸性和路易斯酸性等,具有很强的催化分解生物质的能力,针对液相催化剂不易分离的局限,介绍了催化剂固载化、纳米复合材料等研究进展。之后介绍了电极材料和膜材料的研究进展,碳极板因其综合性能和成本成为当前的主流选择,全氟磺酸膜性能优异,成为实验探究应用的理想材料,同时对一些复合材料的研究现状进行了简要介绍。最后,对化学燃料电池应用于生物质处理的方向进行了展望,液相催化燃料电池综合性能突出,在可处理生物质种类、催化剂循环等问题进一步优化之后,有望成为一种废弃生物质处理的新途径。     

厌氧流化床微生物燃料电池空气阴极研究

流化床微生物燃料电池(AFBMFC)的阴极导电性和催化剂性能是影响微生物燃料电池产电性能的重要因素。本文首先在阴极负载少量银研究其对AFBMFC产电性能的影响。其次,制备四种铂钴合金催化剂,考察了催化剂对AFBMFC产电性能的影响。研究表明,阴极碳基层负载少量的银可以显著改善AFBMFC的产电性能,银负载量为0.7 mg·cm^-2时AFBMFC最大输出电压和输出功率密度分别为纯碳基层阴极的154%和330%。600℃比950℃制备的PtCo合金催化剂有较好的催化性能,在保证催化剂总量不变的情况下,铂用量为原来的50%,AFBMFC产电性能仍有较大幅度的提高。     

氨燃料固体氧化物燃料电池性能研究进展与展望

氨是一种零碳燃料,也是富氢载体,具有较大储运优势。固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)是一种清洁高效发电装置,在分布式发电、热电联供、储能调峰等领域有广阔应用前景,氨气可直接用作SOFC阳极燃料以实现高效、清洁、低成本发电。首先简介了质子传导型和氧离子传导型氨SOFC的工作原理,电解质、电极材料的选择以及氨气在阳极的分解过程。其次总结了氨SOFC的实验研究现状,以单电池最大功率密度为评价指标,综述了不同电解质/电极材料、电解质厚度、操作温度等因素下两种传导类型的氨SOFC的性能表现,并分析了造成电池性能差异的原因。之后介绍了氨SOFC当前面临的挑战,最后对氨SOFC未来研究方向、热电联供系统的应用进行了展望。     

M-N-C阴极催化剂的制备及其在微生物燃料电池中的应用

以聚苯胺和硝酸盐为前驱体,采用热处理法制备了M-N-C（M=Fe,Co）材料,并将其作为厌氧流化床微生物燃料电池（AFBMFC）阴极催化剂。通过X射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）对催化剂进行晶型结构和表面形貌的表征。采用循环伏安法（CV）对催化剂的电化学性能进行考察,并应用于AFBMFC,考察了其对电池产电性能的影响。结果表明,使用Fe-N-C催化剂的微生物燃料电池稳定运行时,开路电压达到636.0 mV,功率密度达到166.82 mW·m^-2,比使用Pt/C催化剂的微生物燃料电池的功率密度提高10%。表明Fe-N-C催化剂用做微生物燃料电池阴极催化剂具有潜在的应用前景。     

直接尿素燃料电池研究进展

直接尿素燃料电池可同时处理含尿素废水(尿液等)并发电,且Ni基材料为阳极尿素电氧化反应的有效催化剂。然而由于尿素电氧化反应复杂且缓慢的动力学使得Ni基催化剂活性低且稳定性差,导致直接尿素燃料电池功率密度普遍较低。实现其应用的关键在于对Ni基催化剂进行改性以构建高效稳定的催化剂层及其膜电极组件。因此,详细评述了组装成直接尿素燃料电池的阳极催化剂研究进展,深入分析改性后的催化剂组成结构对系统性能的影响机制(包括载体效应和协同效应),旨在为设计高效稳定的尿素电氧化催化剂提供科学依据。此外,阐述了直接尿素燃料电池系统中膜材料的研究现状及其膜电极组件的构建。最后,总结并展望了该领域的研究重点及未来研究的发展方向,为开发高性能直接尿素燃料电池以推进其商业化进程提供借鉴。     

生物气及其电池尾气SOFC放电性能研究

为探究以不同浓度生物气为燃料的固体氧化物燃料电池(SOFC)发电性能及该类电池尾气的再发电价值,通过模拟含不同比例甲烷和二氧化碳的生物气,在750℃下对气路串联Ni/YSZ阳极支撑SOFC进行放电性能测试和气体特性分析。放电结果显示燃料气经第一级SOFC利用后通入第二级SOFC,同氢气经过两级SOFC相比,不同浓度下生物气均获得了较高的功率密度,且短时间恒流时,两级电池均能稳定运行;两级电池均以566 m A?cm-2电流密度恒流放电时的气体分析表明,当CO2/CH4为2时,电池内甲烷的干重整率最高。研究结果表明两级SOFC使用生物气及其电池尾气发电是可行的,可为以生物气为燃料SOFC电堆气路设计提供依据。     

基于液体燃料电池的高浓度肼推进剂废水降解研究

采用化学还原法制备直接肼燃料电池用碳载高效Pt催化剂材料,其粒径较小,分散均匀,具有较大的活性比表面积。将其用于电池阳极进行性能测试,40℃时燃料电池的最大开路电压可达1.64 V,最大功率密度值可达169 mW/cm~2,较浆液涂覆法制备的Pt催化剂在相同条件下的性能提升约1.5倍。采用燃料电池恒流放电模式降解高浓度含肼废水时,燃料电池实验装置运行持续稳定24 h以上,阴极侧双氧水浓度为2 mol/L时,初始浓度为1 mol/L含肼废水的24 h降解效率最高,可达83.36%。     

微生物燃料电池处理含铬废水

采用双室的微生物燃料电池装置,探讨利用微生物燃料电池处理含铬废水的效率及电池性能.通过测定微生物燃料电池的电压、功率密度和电流密度,研究电池的性能,通过测定出水中Cr(Ⅵ)的浓度探讨微生物燃料电池对Cr(Ⅵ)的处理效率.结果表明,最大值出现在第21天,大约在18 mV左右;电压的最小值在0.5 mV左右,稳定值在2mV左右;装置稳定后,在电流密度等于0.526μA/cm2时,电池的电压达到最大值,为39.5 mV;当电流密度为1.328μA/cm2,功率密度达到最大值,为1.328×10-3mW/cm2;利用微生物燃料电池装置对Cr(Ⅵ)可以达到一定的处理效果,去除率约为20％.     

基于液体燃料电池的高浓度肼推进剂废水降解研究

采用化学还原法制备直接肼燃料电池用碳载高效Pt催化剂材料,其粒径较小,分散均匀,具有较大的活性比表面积。将其用于电池阳极进行性能测试,40℃时燃料电池的最大开路电压可达1.64 V,最大功率密度值可达169 mW/cm²,较浆液涂覆法制备的Pt催化剂在相同条件下的性能提升约1.5倍。采用燃料电池恒流放电模式降解高浓度含肼废水时,燃料电池实验装置运行持续稳定24 h以上,阴极侧双氧水浓度为2 mol/L时,初始浓度为1 mol/L含肼废水的24 h降解效率最高,可达83.36%。     

酸性离子液体[SO_3H-Bmim]HSO_4作电解质的甲醇燃料电池性能研究

采用两步法合成了1-磺酸丁基-3甲基咪唑硫酸氢盐([SO_3H-Bmim]HSO_4)酸性离子液体,对其红外光谱结构和电导率进行表征;同时采用不锈钢材料制作了燃料电池的壳体,并制备了阳极和阴极材料,与[SO_3H-Bmim]HSO_4电解质一起组装成燃料单电池。以甲醇为燃料、空气为氧源在80℃采用伏安法测定了燃料电池的性能,其功率密度达到0.19 m W·cm~(-2),有望为甲醇燃料电池实际利用开辟新途径。     

运行因素对猪场废水微生物燃料电池产电性能的影响

以猪场废水为基底构建双室微生物燃料电池,分别研究温度、pH和阳极液搅拌对微生物燃料电池(MFC)产电性能和废水净化效果的影响。结果表明,在一定范围内,温度的提升有助于增强微生物的电化学活性,微碱性条件下MFC的输出电压和功率密度更佳,阳极室的搅拌有利于提升电池产电和除污性能。实验确定了基于猪场废水处理微生物燃料电池的较优运行因素,为推动微生物燃料电池在污水处理方面的实际应用提供参考。     

固体氧化物燃料电池阳极材料Sr_2Fe_(1.5)Mo_(0.5)O_6(SFM)/Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)(SDC)的研究

采用机械混合法合成了Sr2Fe1.5Mo0.5O6(SFM)和Sm0.2Ce0.8O1.9(SDC)质量比为7∶3的SFM/SDC复合材料。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、H2-TPR、EIS等表征手段对其进行了表征,并以SFM/SDC|La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O3(LSGM)|Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3(BSCF)为单电池片进行电化学测试,对其性能进行评价。结果表明,复合材料取得了较好的放电性能,即以氢气为燃料气,850、800、750℃时分别取得了630.6、548.4、426 mW/cm2最大功率密度;以甲醇为燃料,850、800、750℃时分别取得了551.6、426.8、335.3 mW/cm2最大功率密度。     

直接微生物燃料电池的影响因素

以厌氧污泥作为初始接种体,构建了一个直接微生物燃料电池,并经过160h的驯化,获得最大电压为590mV(1000Ω),并考察了不同底物和催化剂对电池性能的影响。结果表明,葡萄糖的最大功率密度(669mW/m2)要高于丁二酸的最大功率密度(235mW/m2)。通过比较电极电位,发现阳极电位随外电阻的变化较大,这主要是混合菌对不同底物的利用能力存在差异,可通过选择合适的产电菌来提高丁二酸产电的性能;并以锰作为阴极催化剂,其最大输出功率密度为147mW/m2,与铂作为阴极催化剂有一定的差距,还需进一步优化催化剂配比和制备工艺。