直接碳燃料电池工艺设计研究进展

直接碳燃料电池(Direct Carbon Fuel Cell,DCFC)是一种洁净、高效的燃料电池技术,理论效率可达100%,实际效率高达80%.与其他燃料电池技术相比,DCFC的研究尚处于起步阶段.故对DCFC技术的原理、工艺设计的研究现状及CO2减排方面等相关内容进行了论述,最后在DCFC面临的技术难点上展望了D...     

煤基直接碳燃料电池硫处理工艺探索

煤炭是我国的主要能源,以燃烧煤为主的煤炭利用过程产生了大量的温室气体CO2、含硫化合物气体等。通过煤基直接碳燃料电池发电,理论热力学效率接近100%,而且可以实现CO2的零排放,是煤高效、低碳洁净利用的关键技术,其大规模推广应用却受到原煤含硫化合物引起的硫中毒的制约。通过对现有煤脱硫工艺进行分析,提出洗选→化学氧化→电化学氧化→离子液体萃取→溶剂萃取→高温固硫(PCESTO)阶段联合处理工艺对原煤进行脱硫处理,可以有效降低煤中硫含量,定向转化直接碳燃料电池中硫的存在形式,减少和消除硫对直接碳燃料电池电极的毒化作用。     

钙钛矿型中温固体氧化物燃料电池阴极材料

中温固体氧化物燃料电池(ITSOFC)的研制是固体氧化物燃料电池(SOFC)商业化的必然趋势，影响其发展的关键问题是阳极材料、阴极材料和电解质材料的研制。钙钛矿结构稀土复合氧化物材料是最有希望的中低温固体氧化物燃料电池阴极材料，本文对钙钛矿结构的稀土复合氧化物阴极材料的导电机理、合成方法以及近年来国内外研究较多的ABO、型阴极材料的相关研究作了较为详细的叙述，并提出了其发展方向。     

新型中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究

研制兼有优良的导电性能和合适的热膨胀性能的阴极材料是中温固体氧化物燃料电池(SOFC)发展中的关键问题之一。本论文阐述了近年来中温SOFC阴极材料的发展,介绍了新型阴极材料La2NiO4 δ混合导体的合成与制备和性能方面的研究,并对中温SOFC阴极材料的研究方向进行了探讨。     

固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展

简述了固体氧化物燃料电池阴极材料研究近况及重要进展。     

H2O2基燃料电池阴极催化剂的研究进展

本文综述了燃料电池中H2O2电还原催化剂的研究,其主要集中在贵金属、过渡金属的大环化合物、酶以及非贵金属氧化物,其中研究非贵金属氧化物作为H2O2电还原的催化剂将是未来发展的方向.     

直接甲醇燃料电池中碳基载体材料的研究进展

甲醇氧化电催化剂是决定直接甲醇燃料电池（direct methanol fuel cells, DMFCs）性能、寿命与成本的关键。为获得高功率密度和低生产成本的DMFCs,设计合成具有组成、结构、形貌可控的阳极催化剂备受关注。阳极催化剂的颗粒尺寸、粒径分布、形貌结构、稳定性、分散性以及催化活性都和负载它的载体息息相关,而碳基载体材料由于其优异的性能被广泛应用于DMFCs领域。本文分别介绍了酸性环境和碱性环境中甲醇氧化反应的机理,然后对不同形式的碳基载体材料,例如炭黑、介孔碳、碳纳米材料、氧功能化碳、杂原子掺杂碳、以及金属氧化物改性碳作为催化剂载体在DMFCs领域中的应用进行了综述,最后对DMFCs的发展趋势进行了展望。     

钙钛矿型中低温固体氧化物燃料电池阴极材料研究进展

中低温固体氧化物燃料电池(IL TSOFC)的研制是固体氧化物燃料电池商业化的必然趋势,阴极材料的研制是影响其发展的关键问题之一.锈钛矿结构稀土复合氧化物材料是很有希望的中低温固体氧化物燃料电池阴极材料,文章综述了近年来ABO3型钙钛矿阴极材料的研究情况,并提出了其发展方向.     

中温固体氧化物燃料电池阴极材料Bi1-xCaxFeO3-δ的制备及其性能

开发具有优异电化学活性的阴极材料对中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)的应用至关重要.采用固相法制备无钴阴极材料Bi1-xCaxFeO3-δ(BCFx,x=0.1、0.2和0.3),通过该体系材料的物相结构、电导率、氧传输特性以及电化学性能研究表明,950℃时可以合成具有单相钙钛矿结构的Bi1-xCaxFeO3-δ...     

不同阴极电极类型对微生物脱盐燃料电池的影响

微生物脱盐燃料电池由于可以在不需要外电能而只消耗有机底物的条件下生产可饮用水而得到广泛的关注。MDC的运行效果主要受阳极电极形式和阴极电极形式等的影响。为了选择合适的阴极电极形式,本实验利用两套不同阴极电极形式的MDC,MDC1使用碳刷作为阴极,MDC2使用碳纸作为阴极,对这两套反应器在脱盐和产电等方面的差别进行研究。结果表明:使用碳刷作为阴极电极的MDC1在脱盐效率和产生的电能均高于MDC2,MDC1产生的最大功率密度为22W/m3,平均脱盐速率为3.378mg/h,;MDC2产生的最大功率密度为14W/m3,平均脱盐速率为3.275mg/h。实验结果证明以碳刷为阴极的MDC1运行效果好,又因为碳刷的成本比碳纸便宜,因此碳刷是比碳纸理想的阴极电极材料。     

直接微生物燃料电池阴极的制备及优化

研究了直接微生物燃料电池阴极的制备方法,考察了制备过程中的主要影响因素,并通过功率密度曲线及伏安曲线对不同条件下制备的阴极性能进行了评价. 结果表明,防渗层中聚四氟乙烯含量、催化层中Nafion含量及整平层碳含量对阴极性能均有较大影响,当聚四氟乙烯浓度为30%及Nafion含量为2.8 mL、碳含量为0.18 g时,阴极性能最好,此时微生物燃料电池的输出功率密度为357 mW/m2, COD去除率达到90%.     

单室直接微生物燃料电池的阴极制作及构建

在研制含铁离子阴极电极板的基础上,构建了单室直接微生物燃料电池. 通过实验考察了单室无介体微生物燃料电池的产电规律及阴极板中铁离子含量对产电的影响. 实验证明,单室直接微生物燃料电池是可行的,电能的输出主要依赖吸附在电极表面的细菌形成的生物膜,而与悬浮在溶液中的细菌及溶液中的其他物质基本无关. 在单室无介体微生物燃料电池的阴极板中添加铁离子,通过铁离子在二价和三价间的循环转化,提高了电子的传递速率,加快了质子和氧气的反应,电池的输出功率达到14.58 mW/m2.     

A Solid-polymer Electrolyte Direct Methanol Fuel Cell with a Methanol-tolerant Cathode and its Mathematical Modelling

Solid-polymer electrolyte direct methanol fuel cells (SPE-DMFCs) employing carbon-supported Pt–Fe as oxygen-reduction catalyst to mitigate the effect of methanol on cathode performance while operating with oxygen or air have been assembled. These SPE-DMFCs provided maximum power densities of 250 and 120 mW cm^–2 at 85 °C on operating with oxygen and air, respectively. The polarization data for the SPE-DMFCs and their constituent electrodes have also been derived numerically employing a model based on phenomenological transport equations for the catalyst layer, diffusion layer and the membrane electrolyte.     

直接碳燃料电池研究进展

碳燃料电池直接采用固态碳作阳极,不存在气体燃料面临的存储与运输问题.碳燃料电池的热效率远高于氢燃料电池,产物二氧化碳不须进一步纯化就可工业应用或隔离存放.另外,碳燃料来源广泛,生产纯碳的过程往往比生产纯氢的过程有效能保持率高.近几年来,因固体碳燃料电池的已有的技术在集中或分散式供电方面展示出良好的应用前景,受到广泛关注.故对固体碳燃料电池的原理、碳材料结构对阳极放电性能的影响和其它组成部件及单电池原型化设计的相关内容进行了论述.     

A Study on Process Parameters of Direct Ethanol Fuel Cell

Ethanol is one of the promising future fuels of Direct Alcohol Fuel Cells (DAFC). The electro‐oxidation of ethanol fuel on anode made of carbon‐supported Pt‐Ru electrode catalysts was carried out in a lab scale direct ethanol fuel cell (DEFC). Cathode used was Pt‐black high surface area. The membrane electrode assembly (MEA) was prepared by sandwiching the solid polymer electrolyte membrane, prepared from Nafion^® (SE‐5112, DuPont USA) dispersion, between the anode and cathode. The DEFC was fabricated using the MEA and tested at different catalyst loadings at the electrodes, temperatures and ethanol concentrations. The maximum power density of DEFC for optimized value of ethanol concentration, catalyst loading and temperature were determined. The maximum open circuit voltage (OCV) of 0.815 V, short circuit current density (SCCD) of 27.90 mA/cm² and power density of 10.30 mW/cm² were obtained for anode (Pt‐Ru/C) and cathode (Pt‐black) loading of 1 mg/cm² at a temperature of 90°C anode and 60°C cathode for 2M ethanol.     

直接甲醇燃料电池用新型质子交换膜的研究

以聚醚醚酮(PEEK)为原料,浓硫酸为磺化剂制备了不同磺化度的磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜,以及磺化聚醚醚酮与聚乙烯醇(PVA)、正硅酸乙酯(TEOS)、磷钨酸的复合膜.分别对膜的电导率、阻醇性能和吸水率进行了研究.随着SPEEK膜磺化度的增大,膜的电导率有所提高,然而甲醇渗透系数也增大,膜的机械强度明显降低.SPEEK膜的吸水率低于Nafion 115膜,而PVA膜的吸水率则过高.     

固体氧化物燃料电池阴极材料LSCF纳米纤维的静电纺丝法制备

采用溶胶–凝胶–静电纺丝法制备了La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ(LSCF)纳米纤维。分析了LSCF纳米纤维的结构和形貌。结果表明:所制备的LSCF纳米纤维为内部微晶排列有序、均匀的多晶纤维,纤维直径约为200nm,长度分布为10~30μm,经1100℃煅烧后仍然保持纤维状。以LSCF纤维作为阴极,制备了固体氧化物燃料电池(SOFC)纽扣电池(GDC+NiO║GDC║LSCF)及其阴极对称电池(LSCE║GDC║LSCF)。单电池的阴极阻抗和电化学性能测试表明,LSCF纳米纤维阴极具有较高的电化学活性和较低的极化阻抗,以氢气为燃料、空气为氧化剂,在650和700℃工作温度下,单电池的最大功率密度分别为0.82和1.07W/cm2;在工作温度分别为600、650、700和750℃下,其阻抗分别为1.09、0.78、0.32和0.11·cm2。     

铋离子掺杂固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种可以将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置,具有燃料选择灵活、效率高、环境友好等优点。基于SOFC运行成本和长期稳定性的要求,降低工作温度已成为当前研究的热点。传统阴极较低的催化活性制约了SOFC的技术发展,因此开发具有良好催化性能的阴极材料至关重要。大量的研究表明,铋离子的掺杂能够有效提高材料的电导率和氧催化活性。从铋离子掺杂的角度出发,综述了铋离子掺杂对阴极材料的制备、结构、电导率和电化学性能的影响,并对掺铋SOFC阴极材料未来的发展趋势进行了展望。