异型Ti电极直接乙醇燃料电池的制备与性能

采用Pt/C作为阴极催化剂,PtRu/C作为阳极催化剂,Nafion115和Nafion液涂覆膜作为质子交换膜,管状Ti丝(管)和平板式Ti网作为制备异型直接乙醇燃料电池的阴极和阳极的载体材料,制备管状阴极和平板阳极.观察了异型阴极和阳极的组织和结构,并通过单电池试验,研究了异型电极对直接乙醇燃料电池(DEFCs)性能的影响.结果表明,管状阴极涂覆的Nafion膜均匀一致,阳极催化剂与Ti网的结合能力较强,较高的O2流量有利于提高DEFCs单电池的性能,当膜载量达到25.0 mg/cm2以上时,会提高DEFCs单电池阻抗,当膜载量小于20.2 mg/cm2时,电池的使用寿命大大降低.     

Pt-SnO2/C电催化剂异型直接乙醇燃料电池的性能

以掺杂石墨粉的中间相碳微球(MCMB/G)烧结管为阴极支撑体,采用浸涂工艺分别制备了扩散层和催化层,通过在其外表面包裹Nafion 117膜制得管状异型阴极并组装成异型直接乙醇燃料电池,采用水热乙二醇制备了适用于直接乙醇燃料电池的阳极电催化剂,并通过XRD,TEM和EDS等技术对其进行了表征.采用线性循环伏安曲线、交流阻抗等测试手段,对Pt-SnO2/C电催化剂异型直接乙醇燃料电池进行了性能测试,并考察了温度、氧气流量等对电池极化性能的影响.结果表明:异型电池阻抗大于传统的平板电池,但其活化后电池阻抗明显下降;较高的氧气流量和较高的工作温度有利于提高电池性能;60℃条件下,Pt-SnO2/C电催化剂异型直接乙醇燃料电池功率密度达到8.5 mW·cm-2.     

直接甲醇燃料电池运行参数的研究

以载量均为4 mg/cm2的Pt-Ru黑和Pt黑分别为阳极、阴极催化剂,以碳布为扩散层,以Nafion115为质子交换膜,制备膜电极,组装直接甲醇燃料电池并通过恒电位法和交流阻抗法分别测试性能和阻抗. 研究考察了各种工艺参数对电池电化学性能的影响,得出55 ℃下最佳工艺参数为:甲醇浓度为1.5 mol/L、流量为1.5mL/min时阳极反应达到最优,氧气压力在0.3 MPa、流量在800 mL/min时阴极反应达到最佳.     

质子交换膜燃料电池阴极催化剂用WO3的制备与性能

利用HCl沉淀法制备WO3,并将其制备成Pt/WO3/C复合催化剂应用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的阴极.X射线衍射测试结果表明,制备的WO3结晶度较好,无杂相存在,Pt/WO3/C复合催化剂中WO3晶粒为50～75 nm,Pt晶粒为110～202 nm;循环伏安曲线和单电池极化性能测试结果表明,当m(WO3)∶m(C)=3∶1时,复合催化剂Pt/WO3/C的催化性能最好,最大电流密度为50 mA/cm2,最大功率密度为90 mW/cm2;添加WO3在一定程度上增强了Pt/C催化剂的催化性能.     

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。     

异型DEFC管状阴极传质过程的模拟研究

以中间相碳微球（MCMB）、石墨粉为原料用凝胶注模成型工艺制成阴极管烧结体,并在烧结体外涂覆扩散层、Pt／C催化层和Nation膜制备管状阴极．利用CFD软件对直接乙醇燃料电池（DEFC）管状阴极的传质过程进行模拟计算和研究,在不同的工作温度、阴极扩散层孔隙率、进气压力以及阴极催化层厚度的条件下,分析DEFC阴极催化层表面的液态饱和度、氧气的摩尔质量分数的变化情况．结果表明：增大阴极扩散层孔隙率、进气压力、催化层厚度和电池温度有利于阴极的传质过程．     

Pt/SixTiyOz/C复合电催化剂的制备及其对氧还原反应的催化作用研究

首次以正硅酸乙酯和钛酸丁酯处理XC-72R炭黑获得一种复合载体材料, 然后采用有机溶胶法制备W(Pt)=20%、W(钛硅氧化物)=4%的Pt/SixTiyOz/C催化剂.XRD图谱显示,该催化剂上负载的Pt纳米颗粒粒径约为1～2 nm.值得关注的是: Pt/SixTiyOz/C虽然与相同Pt载量的Pt/C催化剂具有相似的电化学活性表面积,但是其对于氧还原反应的催化剂活性却比Pt/C大得多.在O2饱和的0.1 mol/L HClO4溶液中, Pt/SixTiyOz/C和Pt/C催化剂ORR极化曲线的扩散电流密度分别为1.6 mA/cm2和2.4 mA/cm2.可见SixTiyOz二元氧化物的添加可以极大地提高催化剂对氧还原反应的催化活性.     

碱性膜燃料电池阳极双催化层结构与性能研究

改善阳极水管理是碱性阴离子交换膜(AEM)燃料电池重要的研究课题.在质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极研究中,发现改变催化层内部结构能够有效改善阴极的水管理能力,然而目前关于AEM燃料电池催化层相关研究较少.本研究针对AEM燃料电池阳极水分布特点,利用Pt/C和PtRu/C催化剂在碱性条件下氢氧化反应(HOR)的活性差异,设计了双层催化剂结构.当活性较高的PtRu/C层靠近气体扩散层,活性较低Pt/C层靠近AEM时,双催化层形成与单一催化层水分布相反的活性梯度,能够有效改善水分布,在测试温度为30℃和100%相对湿度时,获得较高峰值功率密度88.1 m W/cm~2.研究成果为碱性膜燃料电池的阳极催化层结构设计提出一种新思路.     

中温质子传导膜H2S燃料电池电极催化剂

研究了基于三相边界层理论设计的中温质子传导膜H2S燃料电池的阳极与阴极催化剂.考察了3种阳极催化剂Pt、MoS2及复合金属硫化物(MoS2/N iS)电化学氧化硫化氢的性能和在硫化氢环境下的化学稳定性,发现MoS2和复合MoS2/N iS催化剂比Pt具有更好的催化活性,但MoS2在温度超过450℃时会升华,而含有Mo和过渡金属N i的复合MoS2/N iS催化剂在操作条件下很稳定.文中还研究了两种阴极催化剂Pt与复合N iO催化剂的电化学性能,发现复合N iO催化剂比Pt电极具有更低的过电位和更好的电化学性能;虽然复合电极的导电性比Pt差些,但是这一问题可以通过在电极中掺杂10%的Ag粉解决.由H2S、(MoS2 N iS Ag 电解质 淀粉)/Li2SO4-A l2O3/(N iO Ag 电解质 淀粉)、空气构成的燃料电池在101.13 kPa和600~680℃下的电化学特性研究表明,电池最大输出电流密度和功率密度在680℃时分别达到240mA/cm2和70mW/cm2.     

H2S含量及流量对燃料电池性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了纳米级Li2SO4+Li2WO4+Al2O3复合质子传导膜,考察了在不同H2S气体含量、体积流量和操作温度下,结构为H2S、(复合MoS2阳极催化剂)/复合质子传导膜/(复合NiO阴极催化剂)、空气的燃料电池的电化学特性,并比较了MoS2与复合MoS2催化剂的性能.结果表明:H2S含量和体积流量增加,提高了阳极侧气体扩散速率和电化学活性组分,使燃料电池的电压、输出电流与功率密度提高,电化学性能变好;即使气体中的H2S含量低达5%(摩尔分数)时,也可作为电池的燃料用来发电;操作温度增加,质子传导膜的电传导率和电化学反应速率增加,电池的输出电流与功率密度提高;复合MoS2催化剂比MoS2催化剂具有更好的性能和化学稳定性;当采用纯H2S作为燃料,复合MoS2作为阳极催化剂,通入阳极和阴极侧的H2S和空气的体积流量分别为35mL/min和100mL/min,操作温度为650、700和750℃时,燃料电池最大输出功率密度分别为12.4、52.9和130.0mW/cm2,最大电流密度分别为45、281和350mA/cm2.     

质子交换膜燃料电池膜电极关键材料研究进展

膜电极是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键技术部件,本文根据其构造综述了近几年国内外在膜材料、电极催化剂和气体扩散层方面的研究进展,包括Nafion改良膜、磺化聚芳烃（SPA/SPE）类膜、Pt改性催化剂、非贵金属催化剂以及气体扩散层。对各种材料进行了评价和比较,并指出今后应着眼于Nafion膜的简便改良方法、芳香烃聚合物共混膜的研制、含有Co、N等电极催化剂的研究以及具微孔层、表面较粗糙、疏水性较大的扩散层的研发。     

质子交换膜燃料电池用气体扩散层--碳纤维纸的制备

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)的工作原理,并通过分析气体扩散层材料的性能要求,设计了一条制备高性能碳纤维纸的技术路线.对制得的碳纸样品进行了显微结构和基本性能的表征,同时还将它应用于PEMFC的单电池中进行综合性能的测试,测试结果表明,按照这种技术路线制得的碳纤维纸在性能上基本能满足PEMFC的使用要求.     

空心纳米SiO_2为涂层的整体式催化剂的制备及催化性能

整体式催化剂能够解决纳米级催化剂在固定床加氢反应器中应用的缺陷,并进一步提高催化剂的催化性能。采用多次浸涂法制备了以Pd基蛋壳型SiO2纳米催化剂为涂层,铝溶胶为无机粘合剂、堇青石为结构化基体的整体式催化剂,并进一步研究了该整体式催化剂对乙炔选择性加氢反应的催化性能。研究结果表明:该整体式催化剂具有较高的比表面积和宏观的孔道结构,提高了活性组分的分散性并降低了气体的扩散阻力,在乙炔转化率接近100%时,乙烯选择性可以达到47.5%;此外,该催化剂良好的机械稳定性能,提高了催化加氢性能的稳定性。     

圆形直接甲醇燃料电池阴极涂覆装置的设计

针对圆形直接甲醇燃料电池阴极扩散层及催化层的涂覆现状．结合该电池形状及涂覆特点,设计一种可实现连续、自动涂覆的旋转涂覆装置．阐述了利用电极旋转时所受的力使浆料均匀涂覆在电极支撑体表面的原理．分别给出涂覆装置的传动结构、烘干结构、整体结构设计,并指出设计中需要注意的要点及改进的方向．结果表明,该装置涂覆连续性强,均匀性好,可以在一定程度上减小涂覆的劳动强度与重复强度,提高涂覆效率．     

扩散层孔隙率对平行流场 PEMFC 性能影响研究

为了研究扩散层孔隙率对质子交换膜燃料电池的性能影响,采用计算流体动力学商业软件 ANSYS Fluent在不同扩散层孔隙率(0. 3、0. 5、0. 7)的条件下,对传统平行流场和斜坡平行流场的性能曲线、气体浓度分布、液态 水分布进行数值模拟分析;结果表明:在高电位下各案例对应的性能差异较小,在中低电位性能差异较大,随着扩散层孔隙率越大,质子交换膜燃料电池性能越好,且孔隙率在 0. 3~ 0. 5 时电流密度增长率最大,最大可达 9. 03%;当扩散层孔隙率较高时,有利于反应气体穿过扩散层,使得催化层氧气浓度增大,促进了燃料电池内部的电化学反应;随着扩散层孔隙的增大,能够更有效地促进反应气体的传输,流道内水含量越高,越有利于液态水的排出;相比传统平行流场,斜坡平行流场电池性能更好,氧气分布更均匀,流道中气体流速更大,排水效果更好,且孔隙率为0. 7 时电流密度增长率最大,最大可达 28. 79%。     

纳米复合彩色薄膜的制备

以正硅酸乙酯、乙醇、生物染色剂为主要原料 ,通过溶胶 -凝胶法制备了掺有有机染料的SiO2 溶胶 ,利用提拉法在普通玻璃上成功镀制了均匀透明、色泽丰富的彩色涂层 ,该涂层颜色在高温下会彻底分解消失 ,实现了玻璃的可回收利用 .运用光谱分析、扫描探针显微镜研究了薄膜的结构 ,以及工艺参数对薄膜在可见光区光谱性能的影响 .     

Influence of pore size optimization in catalyst layer on the mechanism of oxygen transport resistance in PEMFCs

In PEMFC, the oxygen transport resistance severely hinders the cell from achieving high performance. In this paper, pore-forming agent was used to optimize the pore size distribution of the catalyst layer (CL), and to study its effect on the mechanism of oxygen transport resistance, including molecular diffusion resistance, Knudsen diffusion resistance, and local O₂ resistance in CL. The results showed that with the pore formation the cell performance had a significant improvement at high current density, mainly due to its better oxygen transport properties, especially under low platinum conditions. The addition of pore-forming agent moved the pore diameter toward a larger pore diameter with a range from 70 to 100 nm, and also obtaining a higher cumulative pore volume. It was found that the increase of the cumulative pore volume and larger pore size were conducive to the diffusion of oxygen molecules in CL, and the resistance caused by which was the dominant part in total transport resistance. Further tests indicated that the improvement of molecular diffusion resistance was much larger than that of Knudsen diffusion resistance in the catalyst layer after pore formed. In addition, the optimized pore structure will also get a higher number of effective pores, which resulted in an increased effective area of the ionomer on the Pt surface. The higher effective area of the ionomer was particularly beneficial for the reduction of local O₂ resistance with low Pt loading.     

不同晶体结构的TiO2薄膜的制备及表面性能研究

采用溶胶凝胶法制备具有不同晶体结构的TiO2薄膜，研究了环境湿度、基体材料和催化剂酸种类等条件对薄膜质量（如完整性和晶体结构的单一性等）的影响，并在优化后的工艺条件下分别制备出了具有单一锐钛矿相和单一金红石相的均匀致密的纳米晶TiO2薄膜，结合表面能测试和红外光谱分析研究了两种不同晶体结构的TiO2的表面性能，结果发现锐钛矿型TiO2和金红石型TiO2表面都能捕获 OH基团，锐钛矿型TiO2表面有更多的 OH基团，表面能更高，表面亲水性更好. 