钌催化硼氢化钠水解制氢的研究

研究了应用于燃料电池的硼氢化钠(NaBH4)水解即时供氢的一种方法.用化学镀法制备的泡沫镍载钌(Ru)作为催化水解NaBH4碱溶液制氢的催化剂,具有稳定高效的活性.这种容易制备的催化剂在多次使用后仍显示了较高的活性.研究了制氢过程中的温度、压力、NaBH4浓度和载Ru量对产氢速率的影响.研究表明:随温度的升高反应速率快速上升;当NaBH4浓度为5%(质量分数,下同)、NaOH浓度为3%、载Ru量为6%时,在25℃常压且催化作用下反应速率可以达到1.906 mL·s-1·g-1.     

泡沫镍载钌催化剂硼氢化钠水解制氢性能研究

针对硼氢化钠粉末状制氢催化剂易流失、物料传输难、反应产物易覆盖、催化剂利用率低的问题,采用化学镀制备了泡沫镍负载的Ru催化剂,借助扫描电子显微镜(SEM)、能量散射光谱(EDS)、X射线光电子光谱法(XPS)等技术分析了泡沫镍载Ru催化剂使用前后的微观形貌结构与表面元素组分,研究了镀液浓度、镀液温度、硼氢化钠反应液温度对催化剂的催化制氢活性的影响,剖析了催化剂循环使用过程中活性衰减的原因。结果表明:泡沫镍载体的使用提高了Ru催化剂的催化活性,有效地改善了NaBH_4水解制氢体系中反应物和产物的物料传输,催化反应的活化能为40.8kJ/mol。循环使用20次后,催化剂的催化活性仍为初次活性的76.3%,显示了良好的催化稳定性。     

硼氢化钠催化水解供氢的研究

硼氢化钠(NaBH4)催化水解供氢是一种安全,储氢率高,环境友好的可行氢源技术。我们研究了供氢过程中,氢氧化钠浓度、硼氢化钠浓度以及反应温度对供氢速率的影响。并讨论了钴催化剂对水解反应的活化能和指前因子的影响。结果显示:在Na 和OH-共同作用下,随着氢氧化钠浓度的增加,供氢速度得到提高。而供氢速度随着硼氢化钠浓度增加先大幅提高,在0.52mol/L处经过一极值后又逐渐下降。随着温度的升高,供氢速度呈指数提高。与此同时得到在钴的催化作用下硼氢化钠水解反应的活化能56355J/mol,速率常数k0=3.86×1011,相对于自动水解,活化能得到降低,起到了很好的催化作用。     

泡沫镍载铂催化硼氢化钠水解制氢

设计了一套硼氢化钠制氢系统,利用单片微控制器实现系统中的温度、流量、压力等多参数的集成控制,为燃料电池提供流量和压力可调的氢源。制备了NaBH4水解制氢用泡沫镍载铂和泡沫镍载钯催化剂,实验结果表明,由于反应过程中附着在泡沫镍纤维上的钯颗粒严重脱落,使得泡沫镍载钯催化剂在使用寿命及稳定性方面远不如泡沫镍载铂催化剂。而使用泡沫镍载铂催化剂时,产氢速率随着催化剂用量的增加而升高;NaBH4溶液浓度较低时,产氢速率会随溶液浓度升高而增加,但是太高的浓度反而会使产氢速率降低;增加溶液中NaOH浓度会使反应速率快速降低,当NaOH浓度高于2%时,反应基本停止。计算了NaBH4制氢能量体系,并研发了一套集成NaBH4制氢系统及PEMFC系统的示范应用装置。     

直接硼氢化钠/双氧水燃料电池研究

采用Pt/C作为催化剂成功地组装了直接硼氢化钠/双氧水燃料电池,并考察了不同操作温度、溶液流速和浓度条件下电池的放电性能。60℃时电池的最大比功率可以达到130mW/cm2,在40℃时0.1A/cm2放电条件下电池电压约为0.7V,性能明显优于相同条件下直接甲醇燃料电池。同时研究了不同厚度电解质膜对电池性能的影响,采用Nafion117膜(厚度175mm)的电池开路电压比Nafion112(厚度50mm)高约180mV,但Nafion112在高电流密度放电时表现出了更好的性能。因此,膜厚度不仅影响电池的内阻而且还会影响反应物的相互渗透。此外,还测试了短时间恒电流放电,电池性能未出现下降,而且放电后催化层和膜仍然保持紧密结合。     

催化MgH2水解制氢的研究进展

双碳”背景下,水解制氢作为清洁燃料电池发展的关键配套技术得到广泛重视。MgH₂因其优异的储氢性能,成为质子交换膜燃料电池的理想水解原料。为解决其水解制氢在现实中的高工作温度、氢吸附/脱附动力学缓慢等问题,阐述了过渡金属催化剂、特殊结构催化剂及低成本纯酸添加剂的作用机制与工艺技术。结合MgH₂绝缘性质,总结了现阶段的催化局限,并对未来催化剂的开发提出了展望。     

硼氢化钠制氢的技术路线与发展前景

硼氢化钠(NaBH,)催化水解制氢技术安全可靠.能够即时制氢和即时供氢.可方便地为燃料电池等便携式装置提供氢能,故成为氢源研究的热点课题.考察了硼氢化钠制氢的发展历史,着重分析了三种硼氢化钠水解制氢技术路线和不同制氢催化剂的优势和需要解决的问题,并展望其应用前景.     

硼氢化钠水解给PEMFC供氢的研究

硼氢化钠因具有较高的理论储氢密度(10.7%)、可长期稳定储存、水解过程温和,并且规模可以根据用户需要而调整、全过程环境友好等优点,其水解制氢可作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)供电系统的在线氢源,是近年来被广泛关注的制氢技术.使用自制的水解制氢催化剂及制氢装置,研究了硼氢化钠水解氢气对PEMFC单电池以及电堆性能的影响,发现在试验条件下该制氢装置给小功率(<60W)PEMFC供氢时,电池性能与气瓶供氢时基本相同;而给较大功率(如500 W)PEMFC供氢时,电池逐渐被毒化,性能远低于使用纯氢时且性能不可恢复.     

偏硼酸钠对硼氢化钠水解制氢性能的影响

硼氢化钠是一种高比能的储氢材料,其水解理论产氢量达10.8%(质量分数),应用于质子交换膜燃料电池十分理想.着重考察了水解副产物偏硼酸钠溶解度、饱和析晶状态对硼氢化钠水解性能的影响.由于偏硼酸钠溶解度小,在较高浓度硼氢化钠溶液水解的后期会饱和沉淀析出,少量偏硼酸钠沉淀对硼氢化钠水解速度的影响并不大,热分析及X射线粉体衍射结果表明1 mol的NaBO2通常能结合2～4 mol的水,以Na2B2O4·8 H2O和NaBO2·2 H2O形式存在.受NaBO2结晶水的限制,硼氢化钠溶液的产氢量一般不超过7.3%.     

聚苯胺/Co3O4的电化学催化性能的研究

采用液相共沉淀法合成Co3O4,再采用化学聚合法合成聚苯胺(PANI),然后通过快速研磨混合制备聚苯胺/Co3O4材料作为H2O2的阴极还原催化剂。并利用X射线衍射和扫描电镜分析其结构和表面形貌,利用电势线性扫描和计时电流法测定其对H2O2在碱性KOH电解液中的还原的电催化性能。结果表明:在3 mol/L KOH电解液中,当H2O2浓度为0.4 mol/L时,聚苯胺/Co3O4材料对H2O2的阴极还原具有较好的催化性能,当用20%(质量百分比)PANI掺杂时,在-0.34 V时极限还原电流密度达-111.3 mA/cm2,且材料电化学稳定性较好。     

硼氢化钠在聚合物电解质膜燃料电池中的应用

间接硼氢化钠燃料电池(B-PEMFC)的氢源具有储氢效率高、长期存储稳定、制氢速率可控、水解产物环境友好及副产物偏硼酸钠(NaBO2)可回收利用等优点,但存在硼氢化钠(NaBH4)价格高、水解催化剂寿命短、NaBO2结晶析出和水热管理等问题;直接硼氢化钠燃料电池(DBFC)具有能量密度和开路电压较高、阳极催化剂价格低以及结构简单的优点,但存在BH4-在阳极水解和渗透的问题。     

基于硼氢化钠制氢燃料电池供氢系统设计

设计了一种基于硼氢化钠水解制氢技术的燃料电池供氢系统,包括硼氢化钠制氢装置及其控制系统.该系统利用单片微控制器对硼氢化钠制氢系统中的温度、流量、压力等多参数进行集成控制,实现反应系统安全可靠、自动化的要求,可以直接为燃料电池提供流量和压力可调的氢源.     

化学氢化物催化水解供氢技术

化学氢化物在储氢容量上具有其他材料无法比拟的优势(如NaBH4的储氢容量的质量分数为10.8%),且通过简单的水解反应即可放出氢气。以NaBH4为代表的化学氢化物催化水解制氢技术因其储氢量高、反应可控且条件温和成为研究热点。综述了化学氢化物催化水解制氢的研究进展,着重介绍了催化剂的研究进展。化学氢化物水解制氢可以用作燃料电池和其它备用电源的燃料氢源。     

硼氢化钠合成与制备方法的发展现状

综述了硼氢化钠合成方法发展现状,主要方法包括Schlesinger法、Bayer法、直接还原法、机械-化学还原结合法、微波法、辐射法等,重点介绍了电化学还原偏硼酸钠制备硼氢化钠的原理和进展。     

核壳结构Ni@Au/C用作DBFC阳极催化剂

采用连续两步化学还原法制备了Ni-Au摩尔比为1∶1的碳载核壳结构(Ni@Au/C)纳米粒子。通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对其结构进行表征,以循环伏安(CV)、计时电位(CP)、计时电流(CA)和电池测试技术对BH4-电化学氧化活性进行测试。结果表明,所制备的核壳结构纳米粒子直径在10nm左右,其电化学活性面积为815.7cm2/mg,约是实心纳米Au/C催化剂的5倍,且对BH4-电氧化反应显示出更好的催化活性。以Ni@Au/C为阳极催化剂,Pt网(1cm×1cm)为阴极组装的单电池在20℃时最大功率密度达到74mW/cm2。