直接甲醇燃料电池电催化剂研究进展

直接甲醇燃料电池具备低温快速启动、燃料洁净环保和电池结构简单等优点,工业化和实用化前景日益明朗,显示出较好的发展势头。开发实用性强、催化活性高、成本低的催化剂以提高直接甲醇燃料电池的效率受到越来越多研究者的关注。本文综述了直接甲醇燃料电池核壳型催化剂、合金型催化剂和贵金属型催化剂的制备方法、表征手段和催化性能,研究了不同催化剂存在的问题、优势及发展趋势。     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究进展

直接甲醇燃料电池（direct methanol fuel cells, DMFC）由于其高效、清洁等优点,成为替代化石能源的理想新能源装置。催化剂作为DMFC中重要的组成部分,通过降低反应活化能,解决甲醇需要高过电势才能被电氧化的问题。但是目前DMFC阳极催化剂存在催化活性低、抗CO毒性差以及成本较高等问题,限制了DMFC的商业化。本文介绍了甲醇的催化电氧化原理,从Pt基催化剂、非Pt基催化剂、催化剂载体三个方面对DMFC阳极催化剂国内外研究进展进行了综述。介绍了通过选择合适晶面、添加助催化剂、制备特殊形貌、选择合适的载体4种方法对提高催化剂性能、降低催化剂成本的研究现状。甲醇在Pt（100）晶面上的催化活性较好但是抗CO毒性较弱;根据双功能理论和电子调变理论,制备的Pt-M合金催化剂具有更高的抗CO毒性和甲醇催化活性;非Pt基催化剂的制备为降低催化剂成本提供了研究思路;选择合适的催化剂载体,利用载体与催化剂之间的相互作用,也成为解决DMFC阳极催化剂目前面临的易中毒、活性低、成本高等问题的解决方法。     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

阳极催化剂是影响直接甲醇燃料电池（DMFC）性能及成本的主要因素之一,从催化剂载体选择、复合催化剂的制备、非贵金属催化剂研究三方面综述了DMFC阳极催化剂国内外研究现状,并进行了简要分析,展望了其应用前景。     

直接甲醇燃料电池钯基催化剂研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化剂是直接甲醇燃料电池的关键材料之一。由于钯的价格便宜、储量丰富、在碱性条件下活性较高,成为取代铂作为DMFC的潜在的阳极催化剂。着重介绍了近年来钯基阳极催化剂在碱性条件下对甲醇的电氧化的研究进展,展望了其发展前景。     

直接甲醇燃料电池阳极非铂催化剂的研究进展

介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)的特点及其阳极催化剂存在的主要问题。综述了DMFC阳极非铂催化剂的研究进展及非铂催化剂对甲醇氧化的催化活性和抗CO等中间物毒化能力等性能,提出了DMFC阳极非铂催化剂存在的问题以及发展趋势。     

直接甲醇燃料电池阴极水的传输特性

利用COMSOL Multiphysics软件对直接甲醇燃料电池（DMFC）阴极模型进行计算,获得压力、速度、水、氧气和液态饱和度分布情况,研究扩散层在不同物理参数（如厚度、孔隙率、孔径大小和亲憎水性）下电池阴极水和氧气的传输情况,进一步建立扩散层孔隙率梯度的数学模型,研究扩散层孔隙率梯度以及支撑层参数对直接甲醇燃料电池性能和物质传输的影响。结果表明,扩散层具有大孔隙率、薄扩散层时均有利于氧气传质,可以使电池性能提高;扩散层孔隙率梯度的存在可以减轻氧气传输阻力,提高电池性能。     

直接甲醇燃料电池阴极水的传输特性

利用COMSOL Multiphysics软件对直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极模型进行计算,获得压力、速度、水、氧气和液态饱和度分布情况,研究扩散层在不同物理参数(如厚度、孔隙率、孔径大小和亲憎水性)下电池阴极水和氧气的传输情况,进一步建立扩散层孔隙率梯度的数学模型,研究扩散层孔隙率梯度以及支撑层参数对直接甲醇燃料电池性能和物质传输的影响。结果表明,扩散层具有大孔隙率、薄扩散层时均有利于氧气传质,可以使电池性能提高;扩散层孔隙率梯度的存在可以减轻氧气传输阻力,提高电池性能。     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备

直接甲醇燃料电池（DMFC）阳极催化剂是DMFC的关键材料之一,其电化学活性的大小对燃料电池的输出性能及成本起着关键作用。不同催化剂的制备技术决定了催化剂电化学活性的高低。介绍了DMFC阳极催化剂的几种制备方法,并对这些方法进行了评述,对制备DMFC阳极催化剂具有很好的参考价值。     

日本开发直接甲醇燃料电池新型催化剂

日本九州大学的研究小组成功开发了直接甲醇燃料电池用新型催化剂，该催化剂可以提供与现有催化剂同样的性能，但含铂量降低了50％。     

Pt基阳极催化剂在直接甲醇燃料电池中的研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFC)结构简单、便于携带、能量密度高、绿色无污染等优点使其具有很广阔的发展前景和商业化潜力。而其中的Pt基阳极催化剂对电池性能、寿命以及制造成本等方面起着决定性作用。近年来,关于Pt基催化剂的组成、制备方法等方面,有许多研究报道。本文简要介绍了Pt催化氧化甲醇的化学反应动力学机理,综述了Pt基催化剂组成及制备方法的研究进展,并展望了Pt基催化剂在甲醇燃料电池中的发展方向。     

Catalysts for Direct Methanol Fuel Cells

The activity of in house prepared carbon-supported Pt-Ru catalysts for methanol oxidation and carbon-supported RuSe for the oxygen reduction reaction in direct methanol fuel cells (DMFCs) was investigated. The composition of Pt-Ru/C was varied both in terms of weight loading (ratio of total metal content to carbon) as well as the ratio of Pt to Ru. The measurements were carried out in a half cell arrangement in sulphuric acid at various temperatures. The weight loading and ratio of Pt to Ru were varied in order to find out the optimum weight loading of precious metal and the temperature dependence of Pt to Ru ratio on methanol oxidation reaction. It has been found that there exists an optimum in the weight loading at 60 wt.% for carbon-supported Pt-Ru catalyst towards its maximum mass activity. While 1:1 Pt to Ru ratio exhibits a higher activity than 3:2 Pt:Ru above 60 °C, 3:2 ratio exhibits a higher activity at lower temperature. It has been observed that RuSe is inactive towards methanol and it is realised that RuSe is a potential candidate as methanol tolerant oxygen reduction catalyst. The activity of carbon supported RuSe for oxygen reduction reaction (ORR) was tested in sulphuric acid in the presence of methanol. Even though the mass specific activity of the RuSe catalyst is somewhat lower than that of Pt/C, the surface activity of carbon-supported RuSe is superior than that of carbon supported Pt which indicate the unfavourable size distribution of RuSe/C catalyst.     

微生物燃料电池阴极催化剂研究进展

针对微生物燃料电池中铂碳阴极催化剂的局限性,阐述了新材料催化剂的研究进展,列举了多种催化剂均表现出了良好的ORR性能,且成本低廉,解决了Pt/C阴极价格昂贵的问题,使微生物燃料电池的推广应用成为可能。     

直接甲醇燃料电池甲醇电氧化催化剂研究的新动向

概述了直接甲醇燃料电池甲醇电氧化催化剂最近的一些研究情况。电化学沉积法和采用有机金属前驱体、有机溶剂中还原金属化合物制备催化剂的方法可以有效地控制催化剂组成、分布、颗粒大小；铂—金属大环化合物对甲醇的电催化氧化具有很好的催化活性，金属碳化物和钙饮矿类氧化物是可能代替责金属铂而作为直接甲醇燃料电池阳极催化剂的非责金属材料。     

直接甲醇燃料电池用碳气凝胶载铂催化剂的研究

利用溶胶—疑胶方法制备了高比表面积的碳气凝胶,利用浸渍还原法制备了Pt/碳气凝胶和Pt/C催化剂。采用BJH和TEM考察碳气凝胶的孔径分布和金属粒子的大小与分布,循环伏安曲线测试考察Pt/碳气凝胶对甲醇催化氧化性能的影响。结果表明,碳气凝胶的比表面积达到480 m2/g,孔径分布良好,催化剂金属颗粒较小,分散较好,循环伏安曲线图显示出Pt/碳气凝胶比传统的Pt/C对甲醇催化氧化性能高。     

直接甲醇燃料电池质子交换膜研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFC)以其燃料来源丰富、储存方便、结构简单、安全等优点而日益受到广泛的关注。预计将在很多领域中能得到广泛的应用。过去,人们对DMFC做了很多研究,针对直接甲醇燃料电池中的质子交换膜(PEM)的阻甲醇性能方面的研究进展作如下评述。     

Deposition of PtxRu1−x Catalysts for Methanol Oxidation in Micro Direct Methanol Fuel Cells

Platinum-ruthenium electrodes (Pt_xRu_1-x) have been prepared by electrochemical and electroless deposition and investigated as catalysts for the oxidation of methanol in acidic solutions. Pt_xRu_1-x deposits were electrochemically deposited from acidic chloride electrolytes at potentials between −0.46 and 0.34 V (vs. NHE). The composition of the electrodeposit was estimated by energy dispersive X-ray spectroscopy and is a strong function of the electrode potential. An empirical model for the deposition process is presented and kinetic parameters are estimated and discussed. Also, the methanol oxidation activity of the Pt_xRu_1-x catalysts was characterized by cyclic voltammetry in 1.0 M CH₃OH, 1.0 M H₂SO₄ solutions. Electroless Pt_xRu_1-x samples were prepared in a modified Leaman bath with hydrazine dihydrochloride as the reducing agent. The kinetic results for the electrochemical deposition of Pt_xRu_1-x were directly applied and the deposition potential was estimated as approximately 0.40 V.     

微生物燃料电池阴极系统的研究进展

微生物燃料电池,简称MFCs,其阴极系统通常由电极材料、催化剂、电子受体和阴极室等组成。MFCs阴极是电子受体进行还原反应的场所,是影响MFCs性能的重要因素,决定了反应器的经济性和持久性。文章根据MFCs阴极系统的构造,综述了阴极的材料、催化剂、电子受体以及构型在国内外的最新研究进展,指出了当前MFCs阴极设计存在的问题和今后MFCs研究努力的方向。     

甲醇直接氧化制备二甲氧基甲烷催化剂研究进展

作为一种新型的高性能柴油添加剂,二甲氧基甲烷的研究与生产受到越来越多的关注。论述了气相法甲醇部分氧化直接制备二甲氧基甲烷的机理,通过对甲醇部分氧化直接制备二甲氧基甲烷反应所用的Re、Ru、Mo、V等不同系列的催化剂的研究进展的综述,比较了各催化体系的特点;介绍了液相法甲醇直接氧化制二甲氧基甲烷的研究进展。最后对甲醇直接氧化制备二甲氧基甲烷提出了建议。     

直接甲醇燃料电池研究现状

直接甲醇燃料电池主要由阳极扩散层、阴极扩散层、质子交换膜等组成,通过化学反应来传递能量,催化剂和质子交换膜对直接甲醇燃料电池性能影响很大,一旦解决技术难点,未来,直接甲醇燃料电池作为新兴绿色能源,将为我国经济发展提供重要的能源支持。