纳米复合Li2SO4质子传导膜H2S中温燃料电池

开发了一种制备纳米复合Li_2SO_4质子传导电解质和膜电极组装(MEA)的工艺.与传统的丝网涂布工艺不同,新的制备工艺是将阳极、阴极催化剂与纳米复合电解质同时一次压制成MEA.这就使得MEA的设计具有某些结构上的特点,由于膜厚减少和电极与电解质之间的接触良好,可以降低电解质与电极之间的欧姆电阻,提高其机械和导电性能,增加膜的质子传导性以及改善电池的性能.用电子扫描电镜(SEM)和电化学阻抗分析技术对电解质薄膜进行了表征,结果表明,纳米复合材料改善了MEA的总体性能.由于膜的致密性和不透气性,不会发生气体穿透过膜的现象.MEA在H_2S环境中很稳定.电池结构为H_2S,(MoS_2/NiS Ag 电解质量 淀粉) /Li_2SO_4 Al_2O_3/(NiO Ag 电解质量 淀粉),空气、MEA厚为0.8mm、电解质组成为65% Li_2SO_4 35% Al_2O_3的单电池在680℃时产生最大功率密度为130mW/cm~2,相应的电流密度为200mW/cm~2.     

一种对有机废水间接氧化的膜气体扩散阴极

采用膜结构的气体扩散电解作为阴极对染料进行了脱色研究，对膜阴极(MEA)制备工艺以及催化剂进行了探讨，得到了制备MEA的适宜条件。结果表明，使用MEA作阴极，效果远远优于石墨阴极；铂是膜电极的高效催化剂；膜电极制备的优化条件是造孔剂的含量ω=0．30。     

用EIS研究PEMFC膜电极的运行条件对其性能的影响

在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中，采用电化学阻抗谱（EIS）研究了膜电极（MEA）的一些运行条件对其工作性能的影响，并探讨了其作用机理．通过测量数据的解析和等效电路的数学模拟，得到了与MEA结构关联的电极诸参数随电池温度和反应气体压力的变化规律．研究表明，MEA的氧电极的电化学反应电阻随电池温度的升高显著减小，氧电极的双电层电容随电池温度的升高有所增加，表明电极有效面积得以增加，有利于MEA工作性能的提高．     

Pt含量对燃料电池膜电极组件结构及性能的影响

本文基于Catalyst Coated Membrane（CCM）技术,采用70%Pt/C催化剂制备质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心部件膜电极组件（Membrane electrolyte assembly,MEA）。考察了电池的放电性能,并利用循环伏安（CV）、电化学阻抗谱（EIS）、扫描电镜（SEM）等技术对电池的电化学性能进行了表征。研究表明采用质量分数为70%的Pt/C催化剂与Nafion的最佳质量比例为6：1,MEAΩ在600mA/cm~2电流密度下,电压能达到0.69V,催化层的厚度显著降低,性能也明显优于40%Pt/C催化剂制备的MEA。     

膜电极热压条件对直接甲醇燃料电池性能影响的研究

该研究以Nafion 115为质子交换膜,利用热压法制备膜电极（MEA）,对直接甲醇燃料电池进行了性能测试。实验结果表明,不同的热压温度及压力下制备的膜电极在单电池性能测试中表现出不同的极化曲线性能,优化膜电极制备温度及压力可有效地改善直接甲醇燃料电池的性能。     

固体聚合物电解池膜电极优化研究

采用催化剂直接涂膜(CCM)方法制备膜电极(MEA),研究阴极和阳极催化层中使用不同催化剂活性组分担载量对膜电极性能的影响。采用电化学阻抗谱(EIS)分析MEA的电化学特性。研究结果表明:阳极催化层中,随着Ir担载量的增加,在相同电流密度条件下,电解池的极化电压下降,当Ir担载量增加到2.5 mg/cm~2以上,极化电压趋于稳定;阴极催化层中,随着Pt担载量的增加,在相同电流密度条件下,电解池的极化电压下降,当Pt担载量增加到0.5 mg/cm~2以上,极化电压下降不明显,趋于稳定。随着电极催化层活性组分担载量的增加,MEA的欧姆阻抗R?和电荷传递阻抗RCT的减小。对于阴极催化层,当Pt/C催化层的催化剂担载量过多时,由于传质和电荷传递阻力显著增加,导致MEA的R?和RCT增大。阳极催化层Ir的最佳担载量为2.5 mg/cm~2,阴极催化层Pt的最佳担载量为0.5 mg/cm~2。     

质子交换膜燃料电池膜电极的关键技术

 膜电极是多相物质传输和电化学反应场所,决定着燃料电池的性能、寿命及成本。本文分析膜电极当前技术现状与商业化目标,梳理膜电极分类及经过梯度化膜电极向有序化膜电极发展的技术脉络,介绍近年来超低Pt载量的第三代膜电极-有序化膜电极的新进展,比较各种有序化膜电极制备方法的优缺点。目前有序化膜电极在铂族元素总载量为0.118 mg/cm²下取得的最好性能为861 mW/cm²@0.692 V,0.137 g/kW,成本降至5美元/kW,Q/ΔT值从2013年的1.9下降到1.45。从降低Pt用量及简化燃料电池发电系统、降低系统成本的角度看,自增湿有序化膜电极是未来膜电极开发的重要方向。     

镧掺杂五氧化二钽膜电极的电化学性能

利用低温水热法合成了镧掺杂五氧化二钽粉体.对样品的相结构进行了X射线衍射(XRD)分析,结果表明,掺镧后的五氧化二钽有好的晶型,并且掺杂使其衍射峰发生低角度偏移.通过循环伏安法(CV)在0.1 mol*L-1 KCl (含有K3Fe(CN)6)水溶液中测试了镧掺杂五氧化二钽膜电极的电化学性能,CV结果表明K3Fe(CN)6)在膜电极上的电极反应是扩散控制的反应.此外,镧掺杂五氧化二钽膜电极仍然有好的导电性,并且展现了比不掺杂的五氧化二钽膜电极更稳定的电化学特性.     

膜吸收工艺中溶液对聚丙烯膜结构和形态的影响

为了研究自然溶液环境下溶液对高分子膜结构和形态的影响,该文选择一乙醇胺(MEA)、氨基乙酸钾(GLY)和氢氧化钾(KOH)溶液以及水,采用微重法、扫描电镜(SEM)和红外光谱(IR),以浸渍方法进行了聚丙烯膜在溶液和水环境中表面结构和形态变化的实验,研究了溶液的种类、溶液浓度和浸渍时间等因素对聚丙烯膜的溶胀、结构和表面组成的影响。结果表明,3种溶液对聚丙烯膜的溶胀明显,MEA溶液溶胀最大,水对聚丙烯膜的溶胀很小,影响次序为:MEA>GLY>KOH>H2O;MEA浓度对溶胀率的影响随浓度升高迅速提高,然后又降低。SEM结果表明,MEA溶液使膜微孔孔径明显增大,GLY和KOH影响较小,浸渍时间越长影响越大。红外光谱数据表明,在MEA溶液中膜表面组成变化较大,氨基化合物溶液中的膜表面组成的变化大于在羟基化合物中变化。     

极谱型溶解氧测定仪膜电极的研究

本文研究和改进了溶解氧测定仪膜电极的结构,提高了测定的响应速度,减小了残余电流。对电解液的浓度、pH 值和防渗漏现象等进行了深入的研究,采用0.5mol·1~(-1)KCl,硼砂缓冲对和20%1.2——丙二醇的电解液使电极的稳定性和使用寿命得到了改善。本文运用计算机运算技术对溶解氧膜电极进行了温度二次补偿,获得了满意的结果。仪器性能良好,使用方便。     

Enhanced low-humidity performance of proton-exchange membrane fuel cell by introducing hydrophilic CNTs in membrane electrode assembly

Hydrophilic carbon nanotubes (HCNTs) were introduced into the membrane electrode assembly (MEA) to improve its low-humidity performance. The effects of types, placement, loading, and relative humidity on the MEA performance were investigated. It has been found that the MEA with 20 ?wt% HCNTs loading both in anode and cathode achieved the best self-humidifying performance. Its current density reached 1550 ?mA ?cm^?2 at 0.6 ?V, with a maximum power density of 953 ?mW/cm² at 70 ?°C, 30 psi and 30% relative humidity conditions. Besides, the stability test shows that its current density at 0.6 ?V only decreased by 6.4% after 44 ?h performance test, while the performance of blank MEA without HCNTs decreased by 45% within 6 ?h testing period. This extraordinary performance under low humidity condition is ascribed to that the HCNTs contained in the MEA improve the water management and mass transportation by functioning as a dispersant and hydrophilic agent.     

一种新型含氧燃料对柴油机燃烧特性的影响

为解决柴油机的碳烟颗粒和氮氧化物排放难以同步降低的矛盾,在一台TY1100直喷柴油机上对新设计的一种含氧添加剂乙酸-2-甲氧基乙酯(MEA)和柴油的混合燃料进行了燃烧和排放的试验研究.结果表明:MEA可与柴油实现良好的互溶;在相同的工况下,随着混合燃料中MEA比例的增加,柴油机缸内的最高压力变化较小,但滞燃期略有延长,瞬时放热率增加,燃烧持续时间变短;MEA可以显著降低柴油机的碳烟排放,可使HC和CO的排放有一定程度的降低,但对发动机NOx的排放没有明显的影响;在不改变发动机结构参数的条件下,当燃用体积分数为15%的MEA混合燃料时,发动机的碳烟排放平均降低约50%,发动机的标定功率下降约5%,而热效率提高约2%.     

PEMFC电催化剂利用率研究方法的探讨

提高电催化剂的利用率以降低质子交换膜燃料电池(PEMFC)的成本，是加速其商业化的一个重要途径。文中讨论了现有的CV法在研究PEMFC电催化剂利用率时存在的一些问题，如CV法扫描速度的影响及Pt理论比表面积难于准确确定等，为了较好地解决这一问题，提出了一种以单位质量电催化剂产生电池功率或电能来表示膜电极中电催化剂利用率的方法。     

天然气联合循环电厂CO2捕获整体性能及成本敏感性分析

为研究天然气联合循环(NGCC)电厂引入燃烧后CO_2捕获系统后电厂整体性能及成本,利用整合环境控制模型(IECM)模拟了一乙醇胺(MEA)吸收剂的燃烧后CO_2捕获NGCC(NGCC+CC)电厂运行情景,其中以无CO_2捕获的NGCC电厂作为参考,同时和等发电量的燃烧后CO_2捕获燃煤电厂(PC+CC)进行对比.为研究NGCC+CC电厂的电力均化成本(LCOE)、CO_2捕获成本及吸收剂再生能耗等关键指标,对各指标的主要影响因子进行了敏感性分析,以优化CO_2捕获系统的运行参数.研究结果表明:MEA吸收剂的燃烧后CO_2捕获系统会降低NGCC电厂的整体效率,效率损失为6.92%,从而导致LCOE升高,从896元/MWh增长至1 020元/MWh,而PC+CC电厂的效率损失为4%.NGCC电厂容量因子和天然气价格是LCOE的主要敏感因素,尤其是天然气价格.NGCC+CC电厂的CO_2捕获成本主要受电厂容量因子、天然气价格及CO_2去除率等影响.吸收剂再生能耗则与吸收剂浓度、蒸汽热含量、贫液负荷、气液比及热电效率等相关.     

溶液环境中疏水性聚丙烯膜结构性能的变化

通过浸渍方法研究了疏水性聚丙烯膜在不同种类溶液环境中膜结构的变化,采用元素分析、机械强度和渗透通量测定等手段,表征了一乙醇胺(MEA)、甘氨酸盐(GLY)、氢氧化钾(KOH)和水(H_2O)对疏水性聚丙烯膜结构的影响.结果表明:在3种不同性质的溶液中,膜组成中的H元素变化最大;溶液浓度增大,元素变化趋势增大;在相同浸渍时间内,溶液对疏水性聚丙烯膜机械强度的影响次序为MEA高于GLY高于KOH;与无机溶液相比较,有机溶液的影响较大;疏水性聚丙烯膜经过溶液浸渍后,渗透通量均有所提高,其中MEA溶液对渗透通量影响最大,H_2O对其影响未显示.     

超重力吸收与批式解吸工艺结合用于乙醇胺(MEA)-乙醇溶液沼气脱碳的研究

利用超重力反应器对乙醇胺（MEA）-乙醇溶液用于沼气脱碳的吸收性能进行了研究,将批式解吸工艺用于沼气脱碳,对使用了加热器的MEA-乙醇富液的批式解吸性能进行分析。研究发现进液量、进液MEA含量和转子转速的升高以及进气量、进气CO₂含量的降低会提升脱碳效果;最佳转子转速为1 000 r/min,此时当进入超重力反应器的n（CO₂）/n（MEA）<0.4时CO₂去除率可以接近100%;解吸液CO₂负荷最低可以达到0.03 mol/mol;在MEA浓度4.92 mol/L、解吸时间20 min时,单位解吸能耗（释放单位质量CO₂的能耗）达到最低,为3.17 MJ/kg,此时解吸液负荷为0.16 mol/mol。批式解吸可以通过控制解吸时间准确地调节解吸液CO₂负荷,吸收-解吸循环次数的增加不会导致脱碳效果的恶化。     

Experimental measurement of proton conductivity and electronic conductivity of membrane electrode assembly for proton exchange membrane fuel cells

Charge transport processes involving the proton migration and electron transfer for different parts of membrane electrode assemble (MEA) play an essential role for developing the novel electrode and enhancing the electrochemical performance towards proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). However, the coupled charge transport processes make it difficult for evaluating proton conductivity and electronic conductivity of different parts in MEAs under operation conditions of fuel cells. Here in this work, we propose an experiment approach for separating the electronic conductivity and proton conductivity of different components of MEA at the operating conditions of PEMFCs. This approach involves two different measuring devices, which both consist of electron or proton conducting layers, sealing layers and sample layer, followed by tailoring the thickness of sample layers and via electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to quantity the electronic conductivity and proton conductivity of different layers. These experiment results show the great potential in the development of different components of MEA.     

超重力吸收与批式解吸工艺结合用于乙醇胺(MEA)-乙醇溶液沼气脱碳的研究

利用超重力反应器对乙醇胺（MEA）-乙醇溶液用于沼气脱碳的吸收性能进行了研究,将批式解吸工艺用于沼气脱碳,对使用了加热器的MEA-乙醇富液的批式解吸性能进行分析。研究发现进液量、进液MEA含量和转子转速的升高以及进气量、进气CO₂含量的降低会提升脱碳效果;最佳转子转速为1 000 r/min,此时当进入超重力反应器的n（CO₂）/n（MEA）<0.4时CO₂去除率可以接近100%;解吸液CO₂负荷最低可以达到0.03 mol/mol;在MEA浓度4.92 mol/L、解吸时间20 min时,单位解吸能耗（释放单位质量CO₂的能耗）达到最低,为3.17 MJ/kg,此时解吸液负荷为0.16 mol/mol。批式解吸可以通过控制解吸时间准确地调节解吸液CO₂负荷,吸收-解吸循环次数的增加不会导致脱碳效果的恶化。