CoPc/C催化剂及气体扩散电极的氧还原性能

制备了碳载酞菁钴(CoPc/C)催化剂及气体扩散电极;在酸性介质中,用循环伏安、线性扫描伏安法研究了COPc/C的氧还原性能;考察了催化剂的热处理温度和载量对电极氧还原性能的影响.经700℃热处理的催化剂性能较好,气体扩散电极中催化剂的适宜载量为5 mg/cm2,电极具有良好的耐甲醇性能.交流阻抗谱的模拟结果显示,气体扩散电极的氧还原反应由电荷传递阻抗和电化学吸附阻抗共同决定.     

PEM水电解池低成本阳极钛纤维毡扩散层研究

采用浓盐酸刻蚀焙烧还原法将贵金属混合氧化物涂层制备在钛纤维毡表面,将此修饰后的钛纤维毡用做质子交换膜(PEM)水电解池的阳极扩散层。通过扫描电镜观察可知钛纤维毡纤维表面被微米级的沟槽与孔洞覆盖,且有贵金属氧化物晶粒生长。电化学表征表明该阳极扩散层具有良好的电解析氧反应(OER)催化活性,阳极贵金属用量仅2 mg/cm~2时,组装PEM电解池的性能达到1.841 V@2 000 mA/cm~2。对钛纤维毡的厚度及膜电极组件制备方法进行了优化。优化后的阳极扩散层具有良好的导电性、化学与机械稳定性及抗腐蚀性能,用于PEM电解池中可降低贵金属用量,实现低成本电解制氢。     

电催化合成酸性过氧化氢的研究

在燃料电池型反应器中,以基于BP2000/PTFE材料制备的气体扩散电极作为阴极电极,以循环流动的硫酸溶液作为电解液,进行电化学合成过氧化氢的研究。探讨了电催化氧还原反应制备过氧化氢的反应过程及机理,同时分析了不同催化剂、电解液p H及电解电压对电解效果的影响。结果表明较优的电解条件是:阴极催化剂采用BP2000的担载量为2 mg/cm2,外加电压为1.5 V。在0.5 mol/L H2SO4溶液中生成过氧化氢的电流效率可达70%,过氧化氢浓度达到1.38mol/L(质量分数约为4.7%)。     

金属空气燃料电池氧电极催化剂

采用固相反应法制备纳米γ MnO2催化剂,通过热压制得三相气体扩散电极。用稳态电流 电位极化曲线研究了这种纳米γ MnO2催化剂制成的多孔三相气体扩散电极的电化学性能,催化剂加入量对氧电极性能的影响,同时催化剂经过过筛处理后性能有很大的提高。SEM分析表明:过筛处理后,催化剂颗粒分布均匀,对氧还原的催化活性明显提高。     

电沉积镍对贮氢电极性能的影响

采用电沉积法在贮氢电极表面沉积了镍.用SEM、循环伏安和充放电实验研究了电沉积镍对贮氢电极电化学性能的影响,结果表明:电沉积镍改变了贮氢电极的表面结构,提高了电极的电化学活性,使得0.2 C放电容量提高了35%,放电平台电压提高了50 mv;2.0 C放电容量提高了72%,放电平台电压提高了240 mV;表面处理改善了电极的充放电性能,特别是大电流放电性能.     

PTFE粘结的PEMFC氧电极性能研究

本文研究了PEMFC中氧电极催化剂层内PTFE含量和铂载量对电池性能的影响,并运用TEM和XRD分析了运行一段时间后电池性能衰减的原因。试验发现:1)PTFE含量为30w％时电池性能较好;2)铂载量增加,电池性能改善,但催化剂层过厚会引起传质问题。电池运行后性能略有衰减可能由两个因素引起:1)铂晶粒变大2)氧电极催化剂层防水特性发生变化。     

氧电极气体扩散层的研究

研究了不同含量PTFE对氧电极气体扩散层性能的影响;分别以丙三醇、Na2SO4、草酸铵、ZnO作为造孔剂,研究了不同造孔剂及含量对氧电极性能的影响;选用镍网做导电骨架,采取催化层/集流体/气体扩散层的排布方式,以纯铝为阳极,4 mol/L KOH溶液为电解液,将空气电极与铝阳极组装成电池,考察电池的性能,并通过扫描电镜(SEM)研究气体扩散层的表面形态。研究结果表明:当扩散层中PTFE的含量为60%,选用草酸铵为造孔剂,草酸铵与载体的质量比为3∶1时,电极内部的空气传导阻力小,整个氧电极的性能最佳。     

热压复合的燃料电池用亲水-憎水复合电极

对憎水电极和亲水电极进行热压复合,制备了燃料电池用亲水-憎水复合气体扩散电极;通过极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)等方法研究了电极结构对电池性能的影响。该复合电极既具有憎水电极气体扩散速度快的特点,又具有亲水电极质子传导通道多的优点,降低了电化学反应电阻,扩大了催化反应的三相界面,提高了燃料电池的性能。在电流密度为1000mA/cm2时,使用复合电极的电池的电压比使用亲水电极和憎水电极的电池分别高19.6%和15.1%。     

一体式再生燃料电池双效膜电极的研究

对一体式再生燃料电池双效膜电极进行研究,重点考查了膜电极制备工艺、双效电极催化剂和扩散层材料的影响,并用(SEM)对膜电极表面结构进行表征。结果表明:采用CCM工艺制备的双效复合膜电极表现出优异的燃料电池和水电解双功能特性以及循环稳定性,在燃料电池模式运行时,工作电压为0.708 V@1 000 mA/cm2;水电解模式运行时,工作电压为1.623 V@1 000 mA/cm2,URFC循环运行100 h,电池表现出良好的稳定性。膜电极表面结构和极化特性分析表明:CCM膜电极制备工艺实现了催化层和质子交换膜的一体化,改善了电极与质子交换膜界面稳定性,提高了膜电极的电性能和循环稳定性。IrO2扩散层提高了膜电极在高电解电位下的耐蚀性能,促进了膜电极在循环运行中的稳定性。     

质子交换膜燃料电池的初步研究

组装了质子交换膜燃料电池 (PEMFC)单体并研究了其性能。由于氧电极的性能好坏是质子交换膜燃料电池放电性能好坏的关键 ,因此在电池氢电极侧用部分氢电极作为内氢参比电极 ,可以方便地作出氧电极的极化曲线并对其性能进行评价。考察了催化剂载体、膜电极组件 (MEA)的结构和运行条件对氧电极性能的影响并使用非线性最小二乘法拟合了电池参数。实验表明 :电池的最佳运行温度为 80℃ ,压力为氧气压力 0 .3MPa ,氢电极为 0 .3MPa ,催化层的PTFE最佳含量为 35 % ,Nafion含量为 1mg/cm2 ,Pt含量可以降至为 0 .5mg/cm2 。     

空气电极催化层中导电炭材料的研究(II)

将气相生长碳纤维(VGCF)加入到锌空气电池空气电极催化层中,通过热压成型制备三相气体扩散电极。用电流-电位极化曲线研究了这种空气电极的性能及VGCF加入量对电极性能的影响。结果表明,添加一定量的VGCF,可以降低电极极化,提高空气电极性能。     

Ink的状态对微型PEMFC氧电极Pt利用率的影响

电化学极化实验表明,Ink(催化剂与溶剂在超声条件下形成的墨水状浆料)为胶体时,对应的微型质子交换膜燃料电池(PEMFC)氧电极极化性能相对于Ink为溶液时有明显提高。通过激光粒度实验和扫描电镜实验证实了Ink不同状态时对应的氧电极催化层空间状态和厚度存在较大差异。Ink为胶体时催化层Pt簇团聚粒子间隙较大,催化层厚度较低,有利于氧电极的反应传质过程,这是氧电极性能提高的根本原因。循环伏安实验结果发现,Ink为胶体时对应的氧电极Pt的利用率从25.2%提高到31.6%。     

基于电纺技术的高性能氧阴极一体化制备负载

基于静电纺丝技术制备的非贵金属氮碳材料应用于氧还原催化可实现催化剂的低成本大批量稳定生产.通过在气体扩散层上电纺接收引入硝酸铁和葡萄糖的聚丙烯腈纤维前驱体,并通过二次热处理得到了从制备到负载一体化的高性能氧阴极双层组件.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等表征证实葡萄糖对Fe原子的有效分散作用,并提升...     

燃料电池冰点以下低温特性研究现状

在冰点温度以下的启动问题是制约质子交换膜燃料电池产业化的技术瓶颈之一.从冷启动行为与性能衰减和恢复、低温下膜中水形态、催化层电化学性能损失、扩散层、微孔层、电极孔结构破坏等方面评述了低温操作和冷启动对燃料电池电极材料、膜电极组件和电池组性能的负面影响,并对燃料电池的冷启动解决方案和防冻措施进行了分析与评价.     

造孔剂对PEMFC膜电极性能的影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极的催化层中加入造孔剂以减小气体反应物的扩散传质阻力。提出了两种新型造孔剂,分别为低分解温度的NH_4HCO_3和高溶解度的(NH_4)_2SO_4。实验结果表明,加入适量的造孔剂NH_4HCO_3,可使膜电极在H2-空气条件下的输出功率获得显著提高;加入适量的造孔剂(NH_4)_2SO_4,可使膜电极大电流工作时的性能得到明显改善。环境扫描电镜(ESEM)的测试结果表明,造孔剂的加入使膜电极催化层的孔结构得到优化,更有利于传质过程的顺利进行和提高催化剂Pt的利用率。     

气体扩散层对空气电极寿命的影响

以乙炔黑、60%PTFE乳液为原料,用辊压法制备空气电极的气体扩散层。研究了烧结与未烧结气体扩散层的性能参数及其对空气电极寿命的影响。用压汞分析法和SEM研究了气体扩散层的孔结构及形貌。结果表明:相对未烧结扩散层的空气电极,烧结扩散层的空气电极寿命更长,1 000 h寿命试验中无渗液现象,且性能较好。烧结提高了电极材料的疏水性和孔隙率。烧结后气体扩散层适宜的孔结构为:孔隙率约为70%,平均孔径约为70 nm。     

直接甲醇燃料电池双催化层阴极结构和性能

制备了直接甲醇燃料电池双催化层阴极,双催化层由内催化层Pt黑和外催化层40%Pt/C构成。接触角测试、扫描电镜(SEM)以及能谱(EDX)分析结果表明,在双催化层阴极结构中形成了憎水性、孔结构和催化剂浓度梯度分布。循环伏安测试结果表明双催化层具有较多的电化学活性表面积。该双催化层阴极结构有利于氧气扩散和水的排出,提高了电池性能。     

直接甲醇燃料电池中多物理量分布的一维模拟

为了研究直接甲醇燃料电池(DMFC)内的电流、电位和各物质的浓度等物理变量的分布,建立了沿电池厚度方向的一维模型。模型的研究区域包括阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极扩散层。模型中较细致地描述了甲醇氧化的多步骤复杂反应,而催化层结构采用团聚体模型来描述,模型中还考虑了甲醇穿透对阴极氧气反应的影响和甲醇进料浓度对各物理量分布的影响。从模拟结果可以看到,在阳极扩散层由于甲醇氧化反应速率较大,甲醇在阳极催化层两侧的浓度梯度大于阳极扩散层浓度梯度;由于扩散层厚度远远大于催化层厚度,甲醇在阳极扩散层的浓度差比在阳极催化层的浓度差大;在阴极催化层由于甲醇氧化反应速率较小,甲醇浓度变化很小;电池内膜相电位不同导致各处过电位不同。     

锌-氧电池中氧催化电极透气的性能

采用不同添加量的造孔剂,制备锌-氧电池中氧催化电极.用自制透气试验装置及BET方法,分析了试验电极透气量数据和带疏水透气膜的催化电极的透气性能.发现疏水透气膜的透气量与造孔剂量符合指数函数关系,为制作微孔结构的疏水膜和微孔电极提供新的构思启示.锌-氧电池耗氧量的计算结果显示,试验中制备的催化电极可以满足大功率锌-氧电池放电时对电极透气性能的要求.