微生物燃料电池聚苯胺膜阳极的制备及性能

 分别用恒电压法、脉冲极化法、循环伏安法制备聚苯胺(PANI)膜阳极,并应用于固定床微生物燃料电池(MFC),考察其产电及污水处理性能。结果表明,与恒电压法和脉冲极化法相比,循环伏安法制备的PANI 膜阳极导电性最好,且其电极电阻(3.65 Ω)与恒电压法制备的电极电阻(55.45 Ω)相比降低了51.8 Ω。循环伏安法制备的PANI 膜阳极应用于MFC,最大功率密度和开路电压分别为215.6 mW·m^-2和849.3 mV,比恒电压法制备的PANI 膜阳极MFC 最大功率密度和开路电压分别提高了50.6%和45.1%。与恒电压法和脉冲极化法相比,循环伏安法制备的PANI 膜阳极,可一定程度上缩短MFC 启动时间,增加电池产电稳定性,提高MFC 对污水有机物的去除率,为MFC 高性能阳极的制备提供了一种新途径。     

不同介质中甲醇在Pt电极上氧化特征

运用电化学循环伏安技术研究了Pt电极上不同浓度的甲醇在不同介质中的吸附和氧化行为．结果表明，甲醇的电氧化过程与溶液酸碱性和甲醇的浓度有着密切的关系；不同的介质中，甲醇电催化氧化活性的顺序为：酸性＞中性＞碱性；在浓度为10M甲醇氧化的CV曲线上，首次观测到甲醇氧化在负向电位扫描中出现两个氧化峰；并指出甲醇电催化氧化是通过解离吸附产物和反应中间体双途径机理进行的．     

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。     

Pt羰基簇合物途径制备的Pt/C催化剂对甲醇的电催化氧化

通过Pt羰基簇合物在N2气氛下于150℃热分解制得了无定形的碳载纳米Pt催化剂。发现甲醇在这种催化剂上氧化的起始电位和峰电位均比在传统的液相还原法制得的Pt／C催化剂上发生了,负移,峰电流也有明显的增加,且稳定性好。表明通过Pt羰基簇合物热分解制备Pt／C催化剂是一种较好的制备甲醇氧化电催化剂的方法。     

直接甲醇燃料电池用Co-N-C电催化剂的制备及性能

以三聚氰胺甲醛树脂和硝酸钴为前驱体,在Ar保护下采用高温碳化方法制备用于直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极的含氮碳载钴(Co-N-C)氧还原电催化剂.利用热重与红外光谱联用、X射线衍射分析、元素分析等方法表征了催化剂的制备过程和结构,采用旋转圆盘电极测试考察了不同碳化温度对Co-N-C电催化剂氧还原催化活性的影响及电催化剂的耐醇性能,并采用该催化剂为阴极催化剂进行DMFC单电池测试.结果表明:Co-N-C电催化剂具有较高的电催化活性和较好的耐醇性能;其氧还原起始电位在0.5V(vs.SCE)左右;700℃碳化温度下制备的Co-N-C电催化剂具有最高的氧还原催化活性.     

碳载Pt-TiO2阳极催化剂对甲醇氧化的电催化活性和稳定性

近年来,直接甲醇燃料电池（DMFC）由于使用液体燃料而越来越受到重视,但目前DMFC存在的一个普遍的问题是常用的Pt阳极催化剂易被甲醇氧化的中间产物所毒化.因此,一些研究者研究了能抗甲醇氧化的中间产物毒化的Pt二元合金或Pt和过渡金属氧化物复合催化剂,如Pt-Ru[1]、Pt-Sn[2]、Pt-WOx[3]等.考虑至TiO2在酸性溶液中的稳定性,Hamnett研究组[4]和我们研究组[5]发现pt-TiO2/Ti复合电极对甲醇氧化有很好的电催化活性和抗中毒的能力.本文报道了制备能在DMFC中实际使用的碳载Pt-TiO2催化剂（Pt-TiO2/C）的方法和比较了Pt-TiO2/C和Pt/C电极对甲醇氧化的电催化活性和稳定性.用固相法制备含Pt20％的Pt/C催化剂[6],将制得的pt/C催化剂和Ti（OBu）4按摩尔比1:1的比例悬浮在乙醇中,超声波震荡并加水,使Ti（OBu）4完全水解成TiO2,并均匀沉积到Pt/C催化剂上,洗涤,真空干燥,500℃热处理     

铂修饰聚苯胺-聚硫堇复合电极对甲醇的电催化氧化

苯胺(An)与硫堇(Tn)电化学聚合于石墨电极上,并采用电化学方法沉积Pt颗粒,制备得到Pt/PAni-PTn/石墨电极.通过扫描电子显微镜(SEM)对其形貌进行表征,利用循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)考察了Pt/PAni-PTn/石墨电极对甲醇的电催化性能.实验结果表明,Pt颗粒均匀地分散在PAni-PTn复合膜上,PAni-PTn载体更有利Pt纳米颗粒的分散和粒径的减小,Pt/PAni-PTn/石墨电极对甲醇的电催化活性和稳定性明显优于Pt/石墨电极.     

聚苯胺载铂钯电极的制备及氧还原催化性能研究

利用恒电位法在Ni上直接电沉积Pt和Pd,制成Pt-Pd/Ni电极;采用循环伏安法,在Ni片电极上电聚合导电高分子聚苯胺(PANi),然后利用恒电位法在聚苯胺薄膜上制备了聚苯胺载Pt-Pd复合电极(Pt-Pd-PANi/Ni).采用线性伏安扫描法、交流阻抗法、扫描电镜、能谱方法对电极催化剂进行测试表征,实验表明:将Pt-Pd沉积在聚苯胺上,增加了Pt-Pd颗粒的分散度,Pt-Pd的利用率得以提高,Pt-Pd晶体颗粒大小为1～5 μm.在相同的Pt-Pd载量下,Pt-Pd-PANi/Ni电极比Pt-Pd/Ni电极对氧还原的催化性能更好.在Ni片上沉积聚苯胺5个周期后再沉积Pt-Pd 600 s时的Pt-Pd-PANi/Ni电极对氧还原的催化效果最好.     

乙醇在碳载纳米Pt及纳米Pt—WO3电极上的催化氧化

将纳米Pt／玻碳和纳米Pt—WO3/玻碳电极应用于乙醇的电催化氧化，发现所制备的催化剂电极具有较高的电催化活性。探讨了乙醇在这些电催化电极上的循环伏安曲线中各个峰产生的原因。     

固相反应法制备的Pt/C催化剂对乙醇氧化的电催化活性研究

直接甲醇燃料电池（DMFC）由于具有燃料来源丰富、价格低廉、易于携带储存等优点,近年来一直是世界上许多国家研究和开发的热点[1].但是甲醇具有一定的毒性,因此要想实现DMFC在诸如手机、笔记本电脑以及电动车等可移动电源领域的应用,必须探索寻找新的液体燃料以替代有毒性的甲醇.其中乙醇很易从农作物中大量生产,又无毒,因此很有可能用作为替代甲醇作DMFC的燃料.乙醇的电催化氧化已被众多的研究者从电催化和乙醇燃料电池的角度进行了广泛研究[2-7].其中,对乙醇电催化氧化活性较好的有pt[2-4]、pt-Ru[6-7]、Pt-Pd[5]和Pt-Mo[7]等催化剂.我们研究组报道了用固相反应法制得的Pt催化剂对甲醇氧化的电催化活性要优于用常规液     

直接甲醇燃料电池电化学性能

以Pt-Ru/C和Pt/C分别为阳极、阴极催化剂,自制了膜电极,并组装了直接甲醇燃料电池(DMFC)以及测试系统.通过稳态电流-电压极化曲线法,研究了甲醇流量、甲醇浓度、甲醇温度以及空气增湿温度对DMFC电化学性能的影响.研究结果表明,在电池温度为25 ℃以及阴极为自然空气的条件下,当DMFC输出电压为0.22 V时,其输出电流密度和峰值功率密度分别可以达到68 Ma·cm-2和14.8 Mw·cm-2,且各因素对电池性能存在着明显的影响.实验的最佳运行工艺参数:甲醇流量为2 Ml·min-1,甲醇浓度为2 mol·L-1,甲醇温度为30 ℃,空气增湿温度为40～60 ℃.     

直接甲醇燃料电池管状阴极的制备与性能

以管状金属钛网为支撑体,采用浸涂工艺在其外表面依次制备了气体扩散层、Pt/C催化层和Nafion 膜,制得管状阴极,并分析了影响电池性能的因素.研究结果表明,采用浆液浸涂工艺制备的阴极气体扩散层与催化层,均具有有利于气体传质和电化学反应的多孔结构.随着阴极催化剂载量的增加,单电池的性能也逐渐提高.当Pt载量为4.3 mg/cm2时,常温下以空气作为氧化剂,电池功率密度峰值约为12.3 mW/cm2,而同样的电池,在60 ℃下以氧气作为氧化剂,则可以达到40.0 mW/cm2,这表明温度和氧化剂种类与催化剂载量一样,是影响电池性能的重要因素.电池经约100 h工作时间后进行的等电压放电试验结果表明,该管状Ti基阴极的电化学稳定性优良.     

单室直接微生物燃料电池性能影响因素分析

利用构建的单室微生物燃料电池,进行了阴极板中铁离子浓度、阳极底物、底物浓度及阳极板面积对单室直接微生物燃料电池性能影响的研究.结果表明:在其它条件相同的情况下,随着阴极电极板中Fe3 含量的增加,电池负载输出电压随之提高;不同底物的阳极反应,随着产生的电子和质子数的提高,电量随之增大;输出电压亦随底物浓度的增加而提高,但底物葡萄糖的浓度饱和值为0.72g/L;增加阳极板数量加大阳极比表面积,更多的微生物吸附在阳极电极上传递电子,电池输出电压与阳极板数量不成倍数关系.此研究为单室微生物燃料电池的应用提供了理论依据.     

不同温度下CeO2预煅烧对甲醇氧化反应中Pt/CeO2–C电催化剂性能的影响

Pt/CeO₂–C catalysts with CeO₂ pre-calcined at 300–600°C were synthesized by combining hydrothermal calcination and wet impregnation. The effects of the pre-calcined CeO₂ on the performance of Pt/CeO₂–C catalysts in methanol oxidation were investigated. The Pt/CeO₂–C catalysts with pre-calcined CeO₂ at 300–600°C showed an average particle size of 2.6–2.9 nm and exhibited better methanol electro-oxidation catalytic activity than the commercial Pt/C catalyst. In specific, the Pt/CeO₂–C catalysts with pre-calcined CeO₂ at 400°C displayed the highest electrochemical surface area value of 68.14 m2·g?1 and I_f/I_b ratio (the ratio of the forward scanning peak current density (I_f) and the backward scanning peak current density (I_b)) of 1.26, which are considerably larger than those (53.23 m2·g?1 and 0.79, respectively) of the commercial Pt/C catalyst, implying greatly enhanced CO tolerance.     

酞菁铁的模板合成及其对氧还原的电催化性能

针对直接甲醇燃料电池阴极常用的铂基催化剂易中毒、选择性差等问题,以Fe2＋为模板剂控制合成了酞菁铁配合物催化剂.红外光谱测试表明,Fe2＋与酞菁中的N形成了配键.研究结果表明,随着温度的升高,酞菁铁对氧还原反应的电催化活性逐渐增强,且对甲醇氧化反应无催化活性,证明酞菁铁具有较好的催化选择性.     

两种纳米铂电极电催化氧化甲醇的性能比较

采用热解法和电化学沉积法两种方法,在洁净的FTO导电玻璃上沉积纳米铂,用于甲醇的直接电催化氧化.利用SEM、XRD手段对这两种纳米铂催化剂形貌和结构进行了表征,并用电化学方法分析它们的稳定性和对甲醇电催化氧化的活性.实验结果表明,用热解法制备的纳米铂致密地分布在FTO导电玻璃上,而通过电化学沉积方法制备的纳米铂微粒在FTO导电玻璃上分布均匀,其粒径随还原沉积时间的增加逐渐增大,到一定程度会形成团聚.在电极稳定性和对甲醇电催化氧化活性方面,电化学沉积制备的纳米铂催化剂优于热解制备的纳米铂催化剂.     

直接甲醇燃料电池的阳极进料系统及控制策略

直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cells,DMFC)的甲醇燃料的利用关系到系统的能量密度,是其微型化亟待解决的问题。为了提高甲醇利用率和提高系统的能量密度,必须采用必要的进料系统和控制策略。该文从主动和被动两类系统总结了面向直接甲醇燃料电池的关键系统组件和相关的控制策略,从系统工程的角度加以分析,总结了DMFC用甲醇传感器和系统控制的设计开发思想,并指出电池型化学传感器将是DMFC用甲醇传感器的主要开发方向,系统需采用脉冲式进料和混合动力方式以适应不同模式的负载。自呼吸电堆需采用基于化学势为推动力的被动式进料方式。采用空载自升温模式有助于缩短启动时间。     

微型直接甲醇燃料电池流场板内多相流动分析

针对微型直接甲醇燃料电池,运用多孔介质理论建立了微型直接甲醇燃料电池流场板内含电化学反应的、毛细力驱动下的微通道内多相流动的传输模型;计算并分析了流场板内微通道尺寸、功率密度等重要参数对毛细力驱动下微通道中多相流动的传输特性的影响,以及流场板内微通道尺寸对电池性能的影响.结果表明:微通道内液相饱和度随通道宽度和高度的增加而增大,随节距和电池功率密度的增加而减小;电池的功率密度随微通道高度和宽度的增加而增大,随节距和长度的增加而减小.     

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。