直接甲醇燃料电池膜电极组件的阳极整平层

通过考察有阳极整平层(sub-layer)的膜电极组件(MEA)的极化曲线、SEM图和内阻等,研究了阳极整平层对直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响.在表面喷涂Nafion树脂,对整平层进行修饰,发现喷涂Nafion后的整平层与催化层的结合更紧密,提高了电池性能.在静止式DMFC中,以2 mol/L静止甲醇溶液为燃料,有经过修饰的整平层(1.0 mg/cm2)的MEA在常温下的功率密度达到15.3 mW/cm2,放置1 d后仅有1%的衰减.     

直接二甲醚燃料电池性能的初步研究

研究了阳极催化剂及电解质膜对直接二甲醚燃料电池(DDFC)性能的影响,并与直接甲醇燃料电池(DMFC)进行了比较.在低电压区,以Pt/C为阳极催化剂的DDFC性能较好;在高电压区,Pt-Ru/C的催化行为更好.DDFC的开路电压随着Nafion膜的增厚而升高,使用Nafion115膜的DDFC最大功率密度为46 mW/cm2.在低电流密度区,DDFC的性能优于DMFC;在高电流密度区,DMFC的性能较好,DDFC的最大功率密度约为相同条件下DMFC的84%     

造孔剂对流延法制备的阳极支撑SOFC性能的影响

采用流延法分别制备了以可溶性淀粉、石墨和玉米淀粉为阳极造孔剂的阳极支撑型SOFC。以8%（摩尔分数）氧化钇稳定的氧化锆（ZrO）_0.92（Y₂O₃）_0.08（YSZ）为电解质材料,Ni∶YSZ为1∶1（质量比）的金属陶瓷（Ni-YSZ）为阳极,AgGDC为阴极,在电解质和阴极之间制备一层GDC为过渡层。采用加湿H₂[H₂O含量3%（体积分数）]作为燃料气,进行电化学测试。结果表明：800℃下,玉米淀粉的功率密度845 mW/cm²为最大,远高于石墨（422 mW/cm²）和可溶性淀粉（312 mW/cm²）的功率密度。通过阻抗谱、扫描电镜和孔隙率测试对不同造孔剂制备的阳极微观结构与电池性能之间的关系进行了表征和分析。     

扩散层微观结构对DMFC阳极传质及性能的影响

通过调变微孔层中的PTFE含量,结合亲/憎水孔孔隙率、表面性貌等表征考察了扩散层的微观结构对其透水、透气性能的影响,并进一步研究了该阳极扩散层微观结构对DMFC阳极侧气、液传质和单池性能的影响.结果表明,当微孔层中PTFE含量为30%时,扩散层表面具有丰富且均匀的微米级大孔,亲/憎水孔孔隙率比例适中(3:4).透水压和气体渗透系数大小合适(分别为0.010 75 MPa和2.743×10-12 m2·S-1);由该扩散层组装的单电池甲醇渗透量较小,单位时间内阳极侧排出的CO2量较多,阳极侧气、液综合传质性能最好,电池性能最优,在80℃、常压、3倍空气剂量比时,最高比功率达90 mW/cm2.     

溶剂对DMFC阴极催化层微观结构的影响

采用扫描电镜(SEM)、动态光散射仪(DLS)和电子探针微分析仪(EPMA)等研究了乙醇和乙二醇两种溶剂对直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极催化层微观结构的影响.结果表明,与乙醇相比,采用乙二醇为溶剂配制催化剂浆液制得的催化层更为平整;催化剂粒子和Nation聚合物在溶液和催化层中的分布都更为均匀;催化层电化学活性表面积提高了约29.6%;在80℃、常压6倍化学计量比(100 mA/cm2)空气流速下,单电池最高功率密度提高了57.9%.     

直接甲醇燃料电池稳定性的初步研究

在0.4V的恒电位模式下进行了90 h的直接甲醇燃料电池(DMFC)稳定性测试,电池性能衰减率为94.63％.采用三电极技术对电极电位进行实时监测.随着电流密度的减小,阴极过电位减小、阳极过电位增加,电池性能的衰减主要来自阳极性能的损失.结合电化学阻抗谱(EIS)及等效电路,对MEA性能的衰减机理进行了解析,并从MEA关键材料的结构变化进行了验证.MEA微结构的变化,导致电池内阻增大了3.19倍,主要表现为阳极扩散层的剥离及微孔层中碳粉的脱落;阳极催化层结构的瓦解导致阳极电化学反应的法拉第阻抗显著增大.     

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。     

运行参数对单体直接甲醇燃料电池性能的影响

分别在不同温度、不同燃料浓度、不同燃料进料速度下测试了单体直接甲醇燃料电池的极化曲线、功率密度曲线以及阴、阳极的极化曲线.结果表明:随着电池操作温度升高电池性能逐渐提高,阳极极化过电位明显减小;但甲醇的渗透速率也同时增大,在阴极产生混合电位,增大了阴极极化;随着进料浓度升高,阳极出现浓差极化的电流密度增大,甲醇渗透速率增加,阴极电化学极化过电位增大;在电池运行温度、阳极燃料浓度一定情况下,进料速度对电池性能影响相对较小;在所研究的电池运行参数范围内,电池温度为60℃、阳极燃料浓度为1.0 mol/L、进料速度为2.5 mL/min时电池的性能最佳,最大功率密度为61.7 mW/cm2.     

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。     

直接甲醇燃料电池高性能双催化层阳极的研究

提出了一种直接甲醇燃料电池(DMFC)双催化层阳极结构,该双层结构由担载型Pt-Ru/C和非担载型Pt-Ru催化层组成。测定了电池的放电性能并以扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDX)对电池的结构进行了研究,同时,以交流阻抗法和伏安法对电极进行了表征。结果表明,在双催化层结构中,形成了催化剂浓度和孔道大小的梯度分布,改善了物料传递、质子传递、电子传递状况,提高了贵金属催化剂利用率和电池性能。在金属含量相同的条件下,同单催化层电极结构相比,双催化层电极结构的电池比功率明显提高,由135mW·m-2增加到217mW·cm-2。此外,该双催化层结构电极还能够有效地降低甲醇渗透,提高燃料利用率。     

多孔氧化钙孔结构特征数学描述的建模方法

CaCO3是燃煤锅炉干法脱硫常用的脱硫剂．它在炉内煅烧后形成的多孔氧化钙(CaO)内部孔的形状为圆柱形，其孔结构特征可用孔径大小、孔径分布、孔长度、比表面积及孔容积等参数来描述．依据CaO内部孔的形状特点，以初始比表面积S0和孔容积V0为参数，可以建立基于孔径分布密度函数和孔长度分布函数的孔结构数学模型．     

多孔氧化钙孔结构特征的数学描述与分析

CaCO3是燃煤锅炉干法脱硫常用的脱硫剂。它在炉内煅烧后形成的多孔氧化钙(CaO)内部孔的形状为圆柱形,其孔结构特征可用孔径大小、孔径分布、孔长度、比表面积及孔容积等参数来描述。文中假设孔径分布是连续的,孔长度随孔径变化,建立了以孔径分布密度函数和孔长随半径变化函数为基础的孔结构数学模型。利用该模型计算了多孔CaO试样内部孔的比表面积和孔容积,计算值与实测值基本吻合。分析表明:不同孔径的孔分布密度不同,比表面积越大,孔径分布越窄,小孔径的微孔越多,平均孔径越小,800以上的孔分布密度接近于零;而比表面积越大,孔长度越大,最大孔长对应的孔半径越小。0~50、50~200和>200 3个孔径范围的孔的分布密度及各自的比表面积对总比表面积的贡献率互不相同,并且随比表面积的增大而变化。最佳比表面积为40~50m2/g。     

催化层与扩散层热压结合对DMFCs性能的影响

通过压汞法(MIP),交流阻抗法(EIS)研究了催化层和扩散层之间的结合条件对直接甲醇燃料电池(DMFCs)性能和稳定性的影响.结果表明,将采用转压法制备的膜电极与扩散层热压结合可以优化阴极扩散层的孔径结构,形成有利于水从阴极到阳极传输的返水结构,降低了传质阻抗,改善了在常压低化学计量比空气进料条件下阴极容易水淹的问题,显著提高了DMFCs单电池的性能和稳定性.     

造孔剂对空气电极电性能的影响

为研究造孔剂的种类、含量对锌空电池空气电极电性能的影响,分别对添加不同用量的聚乙二醇200(PEG200)、(NH4)2C2O4和NH4HCO3等3种造孔剂的空气电极进行透气性能和稳态电流-电压极化曲线的测试,并用扫描电镜(SEM)对其防水透气膜和催化膜的表观形貌进行观察,研究结果表明:采用热分解造孔方法,在这3种造孔剂中PEG200的造孔效果最好;在防水透气膜和催化膜中分别添加质量分数为7.5%、15%的PEG200,所得空气电极在相同电位下的极化电流最大;由SEM观察可见:PEG200含量分别为7.5%、15%的防水透气膜和催化膜微孔的孔径分布更加均匀、孔隙率更大。     

热解条件对煤焦孔结构和反应性的影响

使用加压热重分析仪、马弗炉和常压滴管炉装置对褐煤、次烟煤、烟煤进行制焦,应用压汞法、低温N2和常温CO2吸附法测定煤焦孔结构参数,并通过扫描电镜观察煤焦表面形貌,测定了煤焦的CHN元素含量,利用热重分析仪测定焦900℃下的CO2气化反应活性,研究了压力、升温速率、高温停留时间对孔结构和气化反应性的影响。研究表明,慢速升温下提高热解压力会降低孔表面积和气化反应性;提高升温速率,降低高温停留时间,则微孔表面积降低,中孔显著增加,大孔的分形维数降低,化学反应活性提高;煤焦反应活性主要与残余挥发分含量相关,其次受到大、中孔表面积影响,而与微孔无关。     

催化剂对褐煤焦孔隙结构和表面形态的影响

在固定床反应器中对添加了碱金属K、碱土金属Ca、过渡金属Ni和Fe的褐煤进行制焦，采用N2等温吸附法测量各煤焦孔隙结构的表征参数，从而研究催化剂对煤焦的孔隙结构和气化反应性的影响。同时利用扫描电子显微镜分析煤焦表面形态的变化。测试结果表明，原煤焦主要含中、微孔；相对于原煤焦，添加Ca、Ni和Fe后煤焦的孔隙结构向中大孔发展，微孔比表面积减小，中大孔比表面积增大；而K-char的微孔和中大孔比表面积均大幅度减小。原煤焦以及添加Ni和Fe后所制成的焦均具有不规则粗糙表面和直管壁结构2种表面形态。当催化剂添加量达10%时，Ca-char和K-char从具有与原煤焦相同的表面形态发展为仅有粗糙表面形态。K-char和Ca-char的气化反应性随催化剂添加量的增加而增强，但K-char的比表面积随催化剂添加量的增加而减小，Ca-char的比表面积随催化剂添加量的增加先减小后增大。     

阀控密封胶体蓄电池用隔板性能对比研究

本论文对两种进口隔板、一种国产PE隔板及一种自制PVC-SiO2隔板的基本物理性能、应用该4种隔板装配电池的循环寿命等性能进行了对比研究,讨论了各种隔板的性能特点。研究结果表明自制PVC-SiO2隔板与进口PVC-SiO2隔板各方面性能基本一致,适用于纯胶体蓄电池使用。     

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。     

废轮胎流化床热解过程微观孔结构(孔径分布)变化研究

以流化床反应器为主体对废轮胎热解半焦微观结构的变化进行了研究。主要研究了热解温度、流化状态(床料粒径、流化数)对热解半焦的孔径分布的影响。结果表明,低温下热解所得半焦,200 μm左右的大孔比例很大,中小孔径系还没有得到充分发展。升高热解温度使大孔被破坏,同时中小孔孔系大量形成,使得整个半焦的孔结构以中孔为主,这样得到的半焦将有利于其作为生产吸附大分子污染物吸附剂的前驱物。采用0.135～0.304 mm粒径的床料,改变流化数对半焦的孔结构没有明显的影响,较小流化数也可以得到中孔比例很大的半焦。     

SCR装置中催化剂孔隙结构对脱硝效率的影响

以某电厂脱硝催化剂为研究对象,利用催化剂脱硝效率评价装置对4个不同运行时间的催化剂进行实验研究,分析得到催化剂孔隙结构对脱硝效率的影响。研究发现：SCR运行时间从3 700 h增加到48 000 h,比孔容积降低25%,比表面积下降约一半,催化剂脱硝效率下降12%;催化剂的孔隙结构、孔径分布发生改变,占优势的直径为10～30 nm的孔积灰堵塞严重,比例下降,50～150 nm的大孔部分比例增加,平均孔径增大28.6%。物相分析表明运行时间越长飞灰在催化剂表面粘附沉积越严重。