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.     

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/PPy-C电极催化剂的制备及其耐久性研究

为研究聚吡咯(PPy)–C复合担载Pt(Pt/PPy-C)质子交换膜燃料电池催化剂性能。采用循环伏安电化学法(CV)、单电池极化法、加速耐久性测试法、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征催化剂的微观结构、导电性及电化学性能。结果表明:通过掺杂阴离子可显著改变PPy-C的电导率,亲核性较大的氟硼酸掺杂制备的PPy-C电导率(8.65 S/cm)明显高于草酸掺杂的PPy-C电导率(4.01 S/cm);以PPy-C为载体担载Pt催化剂的电化学活性面积高于Pt/C催化剂,可达57.8 m~2/g;Pt/PPy-C电化学活性表面积及电池性能的衰减率都低于传统Pt/C催化剂。     

Pt-ZrO2/C电催化剂在碱性介质中对乙醇的电氧化

制备了Pt-ZrO2/C催化剂,采用TEM,XRD等技术对其进行表征.利用循环伏安和电化学阻抗谱等方法研究Pt-ZrO2/C催化剂在碱性溶液中对乙醇氧化的电化学活性,并与Pt/C催化剂(20 %Pt,E-TEK)进行对比.研究结果表明,Pt-ZrO2/C催化剂具有较高的乙醇电氧化催化活性.电流密度最高的是n(Pt)∶n(ZrO2)为1∶1的样品,该比值为1∶4时显示出最低乙醇氧化峰电势.     

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。     

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。     

燃料电池高活性Pt/C电催化剂的制备

实现低铂（Pt）载量高催化活性碳载铂（Pt/C）催化剂的制备，是达到降本增效的有效手段.实验研究了乙二醇溶液（EG）、甲醛溶液（HCHO）以及碱液（NaOH溶液）三者用量比例和后续热处理对水热法制备Pt/C催化剂电催化性能的影响.采用极化曲线（LSV）和循环伏安曲线（CV）表征催化剂的电催化性能，以及计算了Pt的电化学活性面积（ECA）.通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）以及热重分析（TG）对催化剂进行物化性能表征.实验发现：在一定范围内适当提高HCHO占比可有效提升催化剂电催化性能，当V（EG）∶V（HCHO）∶V（NaOH）溶液体积比为1∶2∶1时，所制备的Pt/C催化剂经过250℃的后续热处理后，电催化性能最优.以该方法制备的低载量Pt/C催化剂的ECA大于高载量的商业Pt/C催化剂的ECA.     

在高倍率部分荷电态下三维石墨烯对铅酸电池寿命的影响

采用一步水热法制备出三维多孔的石墨烯（3D-rGO），将不同质量分数的3D-rGO添加到负极活性物质中，制备出铅炭电池，并研究其电化学性能. 结果表明，随着3D-rGO质量分数的增加，在高倍率部分荷电状态（HRPSoC）下，不同电池的循环寿命先增大后减小，其中添加3D-rGO质量分数为1.0%的电池在HRPSoC下的循环性能最好，其初始放电容量(0.05C, 185.36 mAh/g)比普通蓄电池(161.94 mAh/g)高14.46%. 循环寿命达到26 425次，比普通铅酸电池的寿命（8 142次）延长了224%.     

几种商业催化剂电氧化二甲醚的催化性能研究

本文通过循环伏安法研究了三种商业催化剂——40%Pt/C, 20%Pt-10%Ru/C（Johnson Matthey）和 20%PtRu/C, Pt:Ru =1:1（E-TEK）在酸性介质中对二甲醚电氧化的催化性能,比较了不同商业催化剂的催化活性。实验发现,在Pt担载量为0.1 mg/cm2和25℃时,JM-两种催化剂的催化活性都高于E-TEK的,且JM-PtRu/C二元催化剂对二甲醚电氧化的活性又比JM-Pt/C高。这一结果表明了Ru的加入能一定程度上提高催化剂的活性和抗中毒能力。当温度由25℃升高到70℃,JM-PtRu/C对二甲醚电氧化的起始氧化和氧化峰电位分别负移160 mV和200 mV、氧化峰电流密度提高了0.63倍;而JM-Pt/C的分别仅负移80 mV和96 mV、氧化峰电流密度却提高了2.77倍。这表明了Ru 的加入提高了催化剂的抗中毒能力、催化活性和以二甲醚为燃料的电池输出电压。同时升高温度使得Pt对CO的吸附能力下降,可提高其电池的输出电流。进一步实验还表明了二甲醚的吸附是一个弱吸附,其吸附步骤是氧化的限制过程,而且Ru的加入一定程度上也抑制了二甲醚的吸附,即Pt和Ru的比应有一个优化值。实验还发现了这三种催化剂在50℃下电催化氧化二甲醚后,电极的电化学表面积均有增大的现象。本文的研究结果将为进一步探索新的直接二甲醚燃料电池阳极催化剂提供了一定的指导意义和基础数据。     

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.     

微生物燃料电池La_(0.7)Sr_(0.3)CoO_3/PANI阴极催化剂的制备及催化性能

采用原位聚合法合成了La0.7Sr0.3CoO3/PANI复合材料微生物燃料电池(MFC)阴极催化剂。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对所制备催化剂进行结构和微观形貌表征。采用循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)对复合材料进行电化学性能的分析。结果表明,聚苯胺(PANI)含量的差异导致催化剂的活性有较大区别,在磷酸盐缓冲溶液中含PANI质量分数为6%的La0.7Sr0.3CoO3/PANI催化剂表现出了良好的活性。将所制备催化剂应用于单室微生物燃料电池阴极,结果显示,PANI质量分数为6%的La0.7Sr0.3CoO3/PANI对应MFC的最大功率密度258.91mW/m2,相应开路电压达642.7mV。这表明La0.7Sr0.3CoO3/PANI催化剂具有显著的催化活性,为需求有效MFC阴极催化剂材料提供了新途径。     

Research of special carbon nanobeads supported Pt catalyst for fuel cell through high temperature pyrolysis and deposition from novel phthalocyanine

The carbon nanobeads were prepared through high temperature pyrolysis and deposition from phthalocyanine. After surface‘s functionalization treatment of the carbon beads, the carbon nanobeads supported Pt catalyst was produced. The Pt/C catalyst was characterized by SEM, TEM, Raman spectrum, EDS and XRD methods. Combining the carbonaceous paper spreaded up with the catalyst with Nafion membrane, we made MEA electrode. The discharge curves indicated that this carbon nanobeads supported Pt is a good fuel cell catalyst with excellent performance, high activity and sign of a long-time life.     

质子交换膜燃料电池耐久性测试分析

为了研究燃料电池的耐久性,并对其衰退机理进行分析,本文在Greenlight平台上,对20片单体组成的功率为1kW的电堆在DOE循环工况下进行90h的耐久性实验.通过分析电堆在DOE循环工况下进行不同时段的电堆衰退曲线,整体的电堆衰退曲线以及电堆的极化曲线来考察电堆在DOE循环工况下的性能衰退.分析了电堆的衰退机理,并提出了自己的猜想并加以验证,得出催化剂的表面氧化造成的催化剂活性下降是引起质子交换膜燃料电堆的性能衰退的主要原因.     

热还原法制备LiFePO4/C复合材料的电化学性能

使用廉价的三价铁Fe2O3为铁源,以蔗糖为还原剂和导电剂,通过热还原法制备了LiFePO4/C复合材料。运用TGA-DAT曲线对反应机制进行了分析,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电和循环伏安测试等测试手段对不同覆碳量合成材料进行了表征和电化学性能检测。结果表明:所合成的LiFePO4均为纯相,其中含碳1.07%的样品0.2C倍率下的放电比容量为143.32 mAh/g。     

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.     

石墨烯修饰金电极的制备及其同时测定多巴胺和尿酸

将Hummers法合成的新鲜石墨烯滴涂于金电极表面,制备了石墨烯修饰金电极（Gr/AuE）。用循环伏安法研究了Gr/AuE的电化学性能,及多巴胺和尿酸在该修饰电极上的电化学行为。结果表明：该修饰电极对多巴胺和尿酸都有电催化氧化作用且能在抗坏血酸存在条件下同时测定多巴胺和尿酸。在抗坏血酸存在下差分脉冲伏安法（DPV）氧化峰电流与多巴胺和尿酸的浓度分别在1.0～1000μmol/L和30～1000μmol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限分别为0.67μmol/L和6.0μmol/L.     

CuO—ZnO／PF催化剂合成碳酸二甲酯的研究

介孔碳作为一类新型的非硅基介孔材料,在催化剂栽4#-应用方面具有广阔的前景．采用溶胶一凝胶法制备了CuO—zno／PF系列负载型催化刑,并应用于甲醇和二氧化碳直接合成碳酸二甲酯（DMc）．研究结果表明：以铜锌氧化物物质的量之比为2：1,650℃煅烧的催化剂在温度为320．5℃左右,压力为3．oMPa时催化性能最好,甲醇的转化率达87．78％,碳酸二甲酯的选择性达80．46％．     

真空合成锂离子电池LiFePO4/C正极材料及其电化学性能研究

以氢氧化锂为锂源,在真空条件下合成了锂离子电池正极材料LiFePO4.采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）对样品进行表征,并对其进行电化学交流阻抗（EIS）、循环伏安（CV）和恒流充放电等电化学性能测试,并与以碳酸锂为锂源制得的材料进行比较.结果表明：两种锂源在真空条件下合成的LiFePO4均具有单一的橄榄石相,而以氢氧化锂为锂源所得的材料粒度更小且分布更均匀,比容量更高.此外,以氢氧化锂为锂源时,通过在原料预烧后的前驱体中引入碳源得到的LiFePO4/C复合正极材料在0.2 C和1.0 C时的首次放电容量分别为138.4 mAh/g和126.8mAh/g,循环30次后仍能分别释放出135.6 mAh/g和123.9 mAh/g的可逆容量.     

新型Al-Ti／C催化剂制备及催化EA合成研究

制备了新型AlCl3·6H2O-TiCl3/C（Al-Ti/C）复合催化剂,分别以AlCl3·6H2O/C、TiCl3/C、AlCl·6H2O-TiCl3/C为催化剂,乙酸和乙醇为原料,一步酯化法合成乙酸乙酯（EA）。讨论了醇酸物质的量比、反应温度、回流时间以及催化剂用量、种类与配比等因素对酯化反应的影响,并得出最佳反应条件。结果表明,AlCl3·6H2O-TiCl3/C复合型催化剂的催化活性优于AlCl3·6H2O／C和TiCl3/C,进一步提高了反应产率。