直接甲醇燃料电池性能研究

研究了聚合物电解质膜直接甲醇燃料电池性能。 2 0 %Pt -10 %Ru/C和 2 0 %Pt/C分别作为甲醇氧化和氧还原催化剂。通过改变甲醇阳极催化层中Nafion与PTFE的含量研究了电池的电流 -电压特性。结果表明 ,催化层中Nafion含量的影响对电池性能至关重要 ,而PTFE的影响则较小。研究得出催化层中Nafion的最佳含量为 7%。通过在电极表面刷一层Nafion溶液 ,明显提高了电池性能。在低Pt载量条件下 ,即阳极Pt含量 0 .6mg/cm2 ,阴极Pt含量 1.1mg/cm2 ,阴极空气近大气压条件下 ,t =60℃ ,甲醇浓度 1mol/L时 ,单电池开路电压为 0 .6V左右 ,0 .4V时电流密度为 3 0mA/cm2 ,0 .2V时电流密度为 10 6mA/cm2 。甲醇阳极催化层表面的扫描电镜 (SEM )观察表明催化层中Nafion含量不同 ,电极结构不同。     

碳化钨增强Pt/C电催化剂上的析氢反应

研究了碳化钨(WC)增强Pt/C(Pt-WC/C)作为析氢反应的电催化剂,结果显示:Pt-WC/C电催化剂的催化析氢性能比Pt/C电催化剂高.当电流密度为200 mA/cm2时,在载有120 μg Pt-120 μg WC/C电催化剂的电极上比载有240 μg Pt/C电催化剂的电极上过电位降低了将近60 mV;Pt-WC/C电催化剂中使用较少的Pt,但催化活性有了很大的提高.提高H2SO4浓度和温度,都能提高析氢性能.动力学研究表明:Pt-WC/C电催化剂上的催化析氢反应比在Pt/C电催化剂上有更大的交换电流密度和更小的反应活化自由能.     

TDMNPPFe(Ⅱ)/C的制备及电催化剂的制备及电化学稳定性

采用模板法制备了卟啉化合物Meso-5,10,15,20-四(N,N-二甲氨基苯基)卟啉铁(Ⅱ)(TDMNPPFe(Ⅱ)),用活性碳固载、活化制成催化剂.用TEM、XRD对催化剂的微观形貌进行了表征,结果表明,TDMNPPFe(Ⅱ)均匀分散在活性碳表面,当活化温度高于950℃时,催化剂表面开始出现金属原子簇结构的晶体.利用旋转圆盘电极表征了TDMNPPFe(Ⅱ)的催化氧还原活性,考察了活化温度、Fe(Ⅱ)载量对催化活性的影响.结果表明,最佳活化温度为600℃,最佳Fe(Ⅱ)载量为6%(质量分数).把600 ℃活化的6%载量的催化剂(Catmax)与Pt/C(ω=30%)作了比较,结果表明Catmax比Pt/C催化剂氧还原起始电位负约90 mV,但反应电子转移数相差不大.利用循环伏安法和线性伏安法测试了Catmax催化剂的耐甲醇性能,结果表明,甲醇的加入对催化剂的催化氧还原行为没有任何影响,表明TDMNPPFe(Ⅱ)具有良好的耐甲醇性能.     

质子交换膜燃料电池Pt/C催化剂的回收再利用

回收质子交换膜燃料电池(PEMFC)失效的Pt/C催化剂,通过高温灼烧得到贵金属Pt渣。Pt渣经适量王水溶解、煮沸、浓缩和再稀释制成H2PtCl6溶液。以H2PtCl6为Pt的前驱体,采用无机胶体法重新制备出PEMFC用Pt/C催化剂。透射电子显微镜测试结果表明,采用优化的工艺条件所制备的Pt/C催化剂平均粒径为2.6nm,且分散性好、粒度均匀。X射线衍射分析表明,催化剂中Pt(111)晶面的相对含量较高,其面间距较小,且催化剂的结晶度略有降低,这些结构特点对催化氧还原反应是有利的。循环伏安法测试表明所制备的Pt/C催化剂对氢和氧电极过程具有良好的电催化性能。     

低铂Pt/FePO_4/C催化剂在PEMFC中的应用

采用乙二醇还原法制备了Pt含量为5%(质量分数)的Pt/C和Pt/FePO4/C催化剂,并用透射电镜(TEM)表征催化剂的形貌.催化剂中Pt粒子在载体上高度分散,且粒径均匀.Pt/FePO4/C和Pt/c催化剂的平均粒径分别为1.2nm和0.9 nm.实验结果表明,Pt/FePO4/C催化剂具有较Pt/C更高的电化学活性比表面积和催化氧还原的活性.分别利用两种催化剂制备PEMFC阴极,Pt的担量均为0.08mg/cm2.以氧气为阴极反应气时,采用Pt/FePO4/C和Pt/C的PEMFC单电池的峰值功率密度分别为763mW/cm2和663mW/cm2;阴极催化剂质量比功率分别为9.54kW/g Pt和8.29kW/gPt;即作为PEMFC阴极催化剂,Pt/FePO4/C具有更高的催化活性.     

还原温度对Pt/C催化剂性能的影响

为了研究制备温度对质子交换膜燃料电池(PENFC)用Pt/C催化荆性能的影响,采用离子交换法在不同温度制备了Pt/C催化剂,并采用电化学工作站测试了不同温度样品的电催化活性,分别使用N2吸附、TEM、XRD测定了样品的孔隙、粒径和晶相结构.结果表明:当还原温度为800℃时,Pt/C催化剂具有较大的比表面积和较发达的孔隙结构,颗粒粒径较小,有利于O2还原的Pt(100)晶面含量较大,以样品为催化剂的PEMFC具有较高的功率输出,所以800℃是制备高催化活性的纳米Pt/C的合适温度.     

M_cPt_s纳米催化剂的电催化氧还原性能

采用两步化学还原法合成不同Pt壳层厚度的M_cPt_s(M=Ni、Co、Cu和Ag)纳米粒子,用XRD、XPS和TEM测试分析粒子的结构和组成,动电位扫描法测试对氧还原反应的活性和抗甲醇性能。M_cPt_s纳米粒子为球形,平均粒径为35 nm,Pt壳层平均厚度约6 nm;相对于Pt/C,当M为Ni、Co时,氧还原活性提高,当M为Cu、Ag时,氧还原活性降低;Co、Cu和Ag为核芯,还可提高M_cPt_s/C的抗甲醇性能。     

溶胶-微波干燥法制备Nd_(0.6)Ca_(0.4)CoO_3及其电化学性能

研究用溶胶-微波干燥法制备钙钛矿型氧化物Nd0.6Ca0.4CoO3,通过XRD、TEM对制备的产物进行表征。结果表明,得到的产物为Nd0.6Ca0.4CoO3,平均粒径为65nm。以该氧化物为催化剂,酸处理的碳黑为载体,制备了用于碱性介质中氧还原反应的气体扩散电极,利用极化曲线(LSV)和交流阻抗(EIS)方法测试了其在碱性介质中(6mol/LKOH)对氧还原的催化性能。该催化剂在空气气氛下,电极电位在-0.2V(vs.Hg/HgO)时催化氧还原的电流密度达到160mA/cm2,有显著的氧还原催化效果。微波加热功率、微波加热时间对催化剂的催化氧还原性能有较大的影响。     

水热法制备质子交换膜燃料电池阴极Pt/C催化剂

采用硫代乙酰胺(TAA)为沉淀剂,水热法合成40%Pt/C质子交换膜燃料电池阴极催化剂,通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)考察了Pt/C催化剂的物理性能,并利用循环伏安法(CV)分析了催化剂的电化学活性,采用旋转圆盘电极(RDE)评价了催化剂的氧还原催化活性。实验表明水热硫化物沉淀法合成催化剂受反应pH值、氯铂酸与沉淀剂硫代乙酰胺的配比、H2热处理等制备条件的影响,制得的Pt/C催化剂粒径小(平均粒径3nm左右)并且分布均匀,催化性能较好。     

不同O2浓度下NH3选择非催化还原NO的实验和模型研究

NO的选择性非催化还原反应是燃烧过程重要的脱硝途径。文中在800~1 200 ℃,初始浓度CNO,ini=200 mmol/mol、CO2,ini=0%~10%、氨氮比CNH3/CNO=1.2的情况下,进行了NH3/NO/O2的均相流反应器的实验和化学动力学模拟研究,着重研究不同氧浓度对NO和N2O浓度变化规律的影响。实验结果表明,在微量氧气杂质(CO2"50 mmol/mol)条件下,脱硝温度更高,而脱硝率达到了95%。化学动力学模型预测的NO和N2O浓度变化规律与实验结果非常吻合：氧浓度的升高使NH3/NO的最佳反应温度下降,同时降低脱硝的效果;N2O生成浓度随着氧浓度的升高而降低,对应N2O最大浓度的温度也降低。微氧工况的N2O最大生成浓度比低氧浓度下更低,而生成温度更高。     

操作条件对PBI/H3PO4体系高温PEMFC的性能影响

全面研究了PBI/H3PO4体系高温质子交换膜燃料电池(PEMFC)的操作性能,研究了温度、压力、阴极气体成分(空气/氧气)对电池稳态操作性能的影响,同时,测试了电池的变压变温和变负载操作曲线,并且运用电化学交流阻抗谱的方法解释了操作条件对电池性能影响的原因,同时应用薄膜旋转圆盘电极技术初步研究了氧还原反应在两种不同的反应界面(Pt/C-PBI/H3PO4和Pt/C-Nafion/H2SO4)的差别。     

Pt-TiO_2/C催化剂在高温PEMFC中的耐久性

通过两步法制备了掺杂磷酸的聚苯并咪唑(PBI)高温质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极用的Pt-TiO2/C催化剂.通过对比加速老化实验(AAT)前后电池的输出性能和催化剂形貌,研究了Pt-TiO2/C与Pt/C催化剂在PEMFc中的耐久性.当电流密度为1 000mA/cm2时,AAT导致用Pt-TiO2/C催化剂的单体电池的输出电压降低48 mV,低于用Pt/C催化剂的85 mV.AAT导致Pt/C催化剂的平均粒径由4.8 nm增大到16.9 nm;而Pt-TjO2/C催化剂仅由6/0 nm增大到9.6 nm.     

Fe3O4含量对Pt/C电催化剂氧还原活性的影响

研究了Fe3O4含量对Pt/C电催化剂氧还原活性的影响.采用共沉淀和乙酸乙酸预处理等方法制备了Fe3O4和碳包裹Fe3O4纳米粒子,并利用超声喷涂等方法制备了Fe3O4/C-P/C电极.X射线衍射(XRD)、透射电镜((TEM)结果表明:Fe3O4和碳包裹Fe3O4,纳米粒子分布均匀,粒径分别为11.2nm和14.3 ...     

溶胶-凝胶法合成LiFePO4及其电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法合成锂离子电池正极材料LiFePO4,并用X射线衍射、充放电循环测试、循环伏安法扫描等,研究了LiFePO4的物相结构、表面形貌以及电化学性能等,并探索了合成工艺条件对材料的电化学性能的影响.结果表明,680℃下焙烧得到的材料表现出较好晶体形貌,样品的颗粒大小比较均匀,同时电化学性能较好,10 mA/g...     

Sol-gel法合成Li3V2(PO4)3及其性能研究

利用LiOH.H2O,NH4H2PO4,V2O5,H2O2和柠檬酸作为原材料,通过sol-gel(溶胶-凝胶)法合成了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3。研究了预烧、不同合成温度、柠檬酸用量对产物结构、电化学性能的影响。结果表明,在预烧条件下,合成温度为700℃,柠檬酸用量为nV∶n柠檬酸=2∶2时,材料具有比较好的性能。充放电电压范围控制在2.7~4.5 V,在0.05 C倍率下,其首次放电比容量高达148mAh/g,0.1 C倍率下循环,首次放电比容量为138 mAh/g,20次循环后放电比容量为130 mAh/g。     

H2还原制备LiFePO4/C复合材料及反应机理

以H3PO4、Fe2O3、LiOH·H2O和葡萄糖为原料,利用H2还原制备了LiFePO4/C复合材料,并进行了XRD、SEM、碳含量和振实密度分析,以及电化学性能测试。制备的LiFePO4/C复合材料的含碳量为1.9%,振实密度为1.4g/cm3;0.1C、1.0C首次放电比容量分别为148.4mAh/g和128.4mAh/g,1.0C循环60次的容量保持率为98.8%。通过机理研究,发现了反应的中间产物Li3PO4、Li3Fe2(PO4)3、Fe2Fe(P2O7)2和LiFeP2O7。     

直接甲醇燃料电池性能研究

以自制的PtRuMo/C和Pt/C分别为阳极、阴极催化剂制备了膜电极,考察了单电池在常压下的性能,分析了影响电池性能的因素。研究结果显示以氧气为氧化剂在常压、室温工作,50mA/cm~2时,稳定输出电压0.237V;以空气为氧化剂时,在常压、室温工作,输出电流密度40mA/cm~2时稳定的输出比功率为8mW/cm~2。适宜的操作条件:甲醇浓度为2.5mol/L,甲醇流量为1.04mol/L,氧气流量范围60￣100SCCM,空气流量范围为125￣200SCCM。电池性能的初步分析显示,催化层中存在较高的质子传递电阻,使得电池在大电流放电时性能下降较快,限制了比功率的提高。     

废旧磷酸铁锂锂离子电池正极的回收

采用磷酸(H3PO4)溶液对废旧LiFePO4电池正极片在低温热解得到的粉末材料进行浸出,以铁盐溶液作为补充铁源,合成电池级磷酸铁(FePO4),并将滤液pH值调到8.0以上,得到工业级磷酸锂(Li3PO4)。通过SEM、XRD和电化学性能测试,研究热处理温度、反应原料配比与溶液pH值对回收产物形貌和性能的影响。将正极片在350℃下热解2 h分离得到的粉末加入到85℃的H3PO4溶液中,在n(P)∶n(Fe)为1.3∶1.0的条件下,制备的FePO4结晶度好。制备的电池在2.5~4.0 V充放电,0.2 C和2.0 C放电比容量最高分别达到160.2 mAh/g和150.3 mAh/g。以Li3PO4方式回收滤液中的锂元素,当p H值为10时,回收率达到90%,Li3PO4纯度在99.4%以上。