质子交换膜燃料电池电催化剂研究及膜电极制备技术

阻碍质子交换膜燃料电池商业化的关键问题之一是其电催化剂昂贵。文中对质子交换膜燃料电池中铂系电催化剂、非铂系电催化剂研究情况进行评述。影响催化活性的基本因素是电催化剂的颗粒尺寸及其表面功能群。将不同组分混合形成的共生材料的催化活性要比单一材料的活性高。膜电极结构和性能与膜电极制备技术密切相关。分析结果表明,在质子交换膜燃料电池商业化进程中,不仅要开发纳米级、低成本的电催化剂,更应提高电催化剂利用率。电催化剂利用率与贵金属催化剂的颗粒尺寸和分散度及膜电极制备工艺技术有关     

催化剂载体对DBFC性能的影响

直接硼氢燃料电池(DBFC),是一种新型的高比能便携式电源,其电池电势(1.64 V)及理论比能量(9 300 Wh/kgNaBH4)均高于直接甲醇燃料电池.为了实现BH4-的8电子完全氧化,分别以Ketjen炭黑、Vxc-72R炭黑为载体,采用溶胶-凝胶法制备了纳米级的Au/C催化剂,并采用分层装配的方法组装了单电池,考察了催化剂载体及载体处理对电池性能的影响.结果表明,溶胶-凝胶法是制备纳米级高分散Au/C催化剂的有效方法,Ketjen炭黑载体明显优于Vxc-72 R炭黑,载体经酸处理后可大大提高电池的性能.     

脱合金在乙醇燃料电池中的应用研究

电子产品的不断发展使得人们对电池的要求越来越高，乙醇燃料电池因环保、高能、易存储等诸多优势备受关注。但其商业化之路仍面临困境，制备低成本、高活性、抗毒性的催化剂是解决问题的关键。脱合金方法简单易操作，可构筑不同纳米结构的金属复合物材料，发挥各活性组分的协同催化效应。本文着眼于乙醇燃料电池的阳极氧化，从脱合金前驱体制备、脱合金方法、催化金属种类、催化剂元素数目四个方面，阐述了近年来乙醇燃料电池阳极催化剂的研究进展，分析了不同催化剂的催化机理及优缺点，并对乙醇燃料电池未来发展及大规模应用提出了展望。     

军用便携式燃料电池技术发展

简述直接甲醇燃料电池(DMFC)、重整甲醇燃料电池(RMFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜电池(PEMFC)在军用便携式电源中的研究进展,如优点(高比能量、静音和可靠性等)及面临的问题(催化剂稳定性、燃料转换效率和环境适应性等),并对发展前景进行展望。     

阴离子膜燃料电池阴极非贵金属催化剂研究进展

与质子交换膜燃料电池相比,阴离子交换膜燃料电池不仅能显著提高阴极氧还原反应(ORR)动力学,而且可采用非贵金属催化剂大幅降低成本和减少极板腐蚀,成为新能源领域中的研究热点。对阴离子膜燃料电池中阴极非贵金属氧还原催化剂的研究进展进行了详细评述,在此基础上提出杂原子掺杂的多孔纳米碳材料和以其为载体担载合金化的非贵金属是阴离子交换膜燃料电池阴极催化剂今后的发展方向。     

低温燃料电池电催化剂的研究近况

质子交换膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)是两种最先进的低温燃料电池,介绍了它们的阳极和阴极电催化剂近年的进展。包括PEMFC中用纯H2作燃料时,阴极催化剂的Pt-Cr;用重整产品作燃料时,阳极能耐CO毒化的催化剂Pt-Ru和Pt-Ru/WOχ。DMFC中,阳极促进甲醇电氧化的PtRu、PtRuOs、PtRuNi和四氨络铂与喹啉基双胺络钴的混合物,阴极的碳载Pt和Co/Fe-卟啉。涉及到双功能机理,中间体机理,甲醇在PtRu阳极内的电氧化过程和Co/Fe-卟啉纳米结构对O2还原的边上电催化机理。用Ni作阳极电催化剂的直接2-丙醇燃料电池有希望作为汽车应用的新能源。     

二氧化钛载体在燃料电池上的研究进展

Pt/C催化剂采用碳为载体,但在燃料电池运行的环境下,由于催化剂载体的碳腐蚀导致催化剂电化学稳定性较低,影响了燃料电池的寿命。寻找高稳定性及高导电性的非碳载体是目前燃料电池研究的热点之一。TiO2化学稳定性高,导电性相对较高,而且来源丰富,成本低廉,因此作为碳载体的替代材料,在燃料电池中有潜在的应用。综述了TiO2作为燃料电池催化剂载体的研究进展,并对其作为催化剂载体在燃料电池催化剂研究中存在的主要问题和发展前景进行探讨和展望。     

非晶态合金催化剂在低温燃料电池中的应用

介绍了非晶态合金作为催化剂在低温燃料电池中应用的情况。由于受工作环境的限制,低温燃料电池对催化剂的要求比较高。从非晶态合金的结构特点出发,分析了其能够作为潜在的高效、长寿命催化剂应用在低温燃料电池中的原因。根据已有的文献,总结了几种低温燃料电池用非晶态合金催化剂的制备方法,并简单介绍了文献中已有的一些非晶态合金在燃料电池中的应用。     

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。     

AFC电催化剂的研究进展

碱性燃料电池(AFC)具有启动温度低、性能可靠、可用非贵金属作催化剂等优点。综述了国内外AFC电催化剂的研究进展。为达到商业化,必须在非贵金属催化剂的稳定性和电极性能方面取得突破;对于贵金属催化剂,应大力开发与贵金属复合的多元催化剂,提高贵金属利用率,降低贵金属负载量。     

PEMFC用Pt/CNTs电催化剂研究进展

采用碳纳米管(CNTs)取代导电碳黑合成质子交换膜燃料电池(PEMFC)用电催化剂是近几年来一个新的研究方向。本文从载体的比表面和电化学稳定性两方面对Pt/CNTs催化剂的优势进行了分析,结合现有的研究进展对Pt/CNTs和传统的Pt/C催化剂进行了性能比较,认为Pt/CNTs催化剂是有可能取代传统的Pt/C催化剂、使燃料电池突破价格瓶颈的关键技术之一。同时详细介绍了Pt/CNTs的合成方法与影响因素,并对其需要改进的部分进行了展望。     

质子交换膜燃料电池憎水基底制作工艺的研究

为了使燃料电池能够稳定地工作，必须在正负极催化剂的外边加垫一层憎水性的导电网——憎水基底以排出系统内多余的水分。传统的燃料电池中，憎水基底用憎水碳布，这种导电基底虽然具有良好的导电性和透气性，但由于其表面纹路凹凸不平致使其与电极表面接触面积较小，因而增大了电池的内阻，恶化了电池的性能。为了解决这个问题，本文制备出一种新的导电基底——憎水碳纸以取代之，并通过测定碳纸的透气性、面电阻和厚度、空隙度的关系，确定了制备憎水碳纸的最佳工艺条件：厚度在０．１ｍｍ以内，孔隙度为０．７左右。这种方法制备的碳纸表面平整、电阻小、透气性好，是ＰＥＭＦＣ憎水基底的良好选择     

质子交换膜燃料电池CCM膜电极

采用喷涂工艺制备了三合一(CCM,Catalyst Coated Membrane)型质子交换膜燃料电池膜电极,研究了分散剂、催化剂、质子交换膜对膜电极性能的影响.结果表明:CCM型膜电极的放电性能好于传统热压方法制备的膜电极;乙醇、异丙醇和乙二醇等水溶液分散剂对CCM膜电极中低电流密度区放电性能影响不大,而在高电流的浓差极化控制区乙二醇最佳,而乙醇最差;优化催化剂的Pt担量和阴极催化剂的用量能够显著提高膜电极的性能,而通过减小质子交换膜的厚度,降低膜的面电阻可以进一步提高膜电极的放电性能.     

PEMFC用陶瓷电催化材料的研究进展

综述了简单陶瓷催化材料、含氮碳陶瓷催化材料等用作质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化材料的研究现状,特别是它们的氧还原电催化活性.提出了提高陶瓷电催化材料电催化氧化活性的方法:简单陶瓷催化材料主要为掺加导电材料和部分氧化;含氮碳陶瓷催化材料主要为增加催化材料中的缺陷含量.     

燃料电池用碳材料的研究进展

碳材料因其具有独特的物化性能以及各异的形态而成为电池部件的重要原材料,广泛应用于燃料电池中。以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例,介绍了燃料电池中电极基质、双极板、担体碳和贮氢碳材料的研究进展。涉及燃料电池电极基质和双极板的制备工艺与性能,以及催化剂担体碳的不同粒度、聚集形态对催化剂活性的影响。并对纳米碳贮氢材料在燃料电池方面的研究应用做了简单的评述。     

磷酸燃料电池(PAFC)电站技术的发展、现状和展望

近年来全世界都面临着能源问题和环境问题.燃料电池由于其燃料利用率高、对环境污染小的特点,成为理想的清洁、高效发电方式.磷酸燃料电池(PAFC)发电技术,在目前燃料电池电站中技术最成熟,发展最快.文中报道国外磷酸燃料电池(PAFC)电站技术的发展、现状和展望.     

硼氢化物直接氧化的二元催化剂研究进展

直接硼氢燃料电池(DBFC)是一种以NaBH4/KBH4碱性溶液为阳极燃料的新型燃料电池。催化剂的种类严重影响着硼氢化物的直接氧化。综述了近年来直接硼氢燃料电池(DBFC)阳极用Ni-Pt、Ni-Pd、Ag-Ni、Au-Co、Au-Pt等二元催化剂的研究现状。     

一种考虑催化层结构参数的PEMFC气相模型

质子交换膜燃料电池的结构设计对燃料电池车的开发具有重要意义。目前的电池模型通常把催化层简化成一层薄膜,作为边界条件使用,无法分析催化层结构对电池性能的影响。建立了考虑催化层结构参数的一维气相模型,通过有限元法研究电池内部的流场和电场分布。仿真结果和实验符合良好。分析指出扩散层的孔隙率对电池性能影响较大,应高于0.3,催化层的孔隙率对电池性能影响较小。在催化剂载量不变的情况下,催化层厚度应为10~20 mm。