纳米复合质子传导膜中温硫化氢固体氧化物燃料电池的研究

应用溶胶-凝胶法制备了中温硫化氢固体氧化物燃料电池的纳米复合质子传导膜。用SEM和EDX对纳米复合膜进行了观察和表征，并与传统工艺制备的电解膜（微米级）的性能进行了比较。探讨了微米级和纳米级的复合Li2SO4＋A12O3膜的离子传导性随温度变化规律。与传统的工艺采用相同组分制备的微米级电解膜相比，纳米复合膜的微观结构、致密性、机械强度和离子传导性均得到改善，而最显著改善是膜的离子传导性能。纳米复合Li2SO4＋Al2O3膜的中温硫化氢固体氧化物燃料电池的性能较稳定，察觉不到膜两侧的气体穿过膜扩散到另一侧。在750℃和101．13kPa下，电池的最大输出功率密度为135mW·cm^-2，最大电流密度为480mA·cm^-2。     

纳米复合质子传导膜中温硫化氢固体氧化物燃料电池的研究

应用溶胶-凝胶法制备了中温硫化氢固体氧化物燃料电池的纳米复合质子传导膜。用SEM和EDX对纳米复合膜进行了观察和表征,并与传统工艺制备的电解膜(微米级)的性能进行了比较。探讨了微米级和纳米级的复合Li2SO4 Al2O3膜的离子传导性随温度变化规律。与传统的工艺采用相同组分制备的微米级电解膜相比,纳米复合膜的微观结构、致密性、机械强度和离子传导性均得到改善,而最显著改善是膜的离子传导性能。纳米复合Li2SO4 Al2O3膜的中温硫化氢固体氧化物燃料电池的性能较稳定,察觉不到膜两侧的气体穿过膜扩散到另一侧。在750℃和101.13kPa下,电池的最大输出功率密度为135mW.cm-2,最大电流密度为480mA.cm-2。     

复合Li2SO4质子传导膜的性能

制备了以Li2SO4为基体的复合质子传导膜。采用电化学阻抗波谱分析法（EIS）研究了掺杂不同组分如Li2WO4、Na2SO4和Al2O3、以及掺杂不同的比例时制备不同厚度的复合质子传导膜的离子（电）传导率。在Li2SO4中掺杂适宜比例的Li2WO4或Na2SO4可提高膜的离子传导率,掺杂Li2WO4比掺杂Na2SO4制备的复合膜具有更高的离子传导率和较佳的性能。虽然掺杂Al2O3会稍微降低膜的质子传导率,但确可以提高膜的机械性能。膜的厚度减少,其离子传导率增加,但膜太薄,气体容易从膜一侧渗透到另一侧（crossover）。采用扫描电镜(SEM)对复合膜进行了表征,掺杂Li2WO4制备的复合膜结构较致密和紧凑、性能较好。实验结果表明,适宜的膜厚为0.8mm,由Li2SO4、Li2WO4和Al2O3制备的复合膜适宜的组成为75wt％(90mol%Li2SO4+10mol%Li2WO4）＋25wt%Al2O3,其离子传导率在600、650、700和750℃时高达0.16、0.38、0.46和0.52Scm1。研究了以H2S为燃料、复合Mo-Ni-S为阳极、复合Li2SO4为质子传导膜、复合NiO为阴极、空气作为氧化剂的单电池的电化学性能,Li2SO4+Li2WO4＋Al2O3复合膜的电池性能较优。     

复合Li2SO4质子传导膜的制备及电化学性能

制备了以Li2SO4为基体、Al2O3为填充物的复合质子传导膜.采用电化学阻抗波谱分析法(EIS)研究了掺杂不同组分(Li2WO4或Na2SO4)以及掺杂不同比例时制备的不同厚度的复合质子传导膜的离子(电)传导率.分析结果表明,在Li2SO4中掺杂一定比例的Li2WO4或Na2SO4均可提高膜的离子传导率,Li2WO4对复合膜性能的影响优于Na2SO4.扫描电镜(SEM)分析显示,掺杂Li2WO4的复合膜结构更加致密和紧凑.实验结果表明,由Li2SO4、Li2WO4和Al2O3制备的复合膜的适宜组成为75%Li2SO4/Li2WO4混合物(Li2SO4与Li2WO4摩尔比为9: 1) 25%Al2O3,其离子传导率在600,650,700和750 ℃时分别高达0.16,0.38,0.46和0.52 S/cm,适宜的膜厚为0.8 mm.文中还研究了以H2S为燃料、复合Mo-Ni-S为阳极、复合Li2SO4为质子传导膜、复合NiO为阴极、空气为氧化剂的单电池的电化学性能,发现Li2SO4 Li2WO4 Al2O3复合膜的电化学性能较优.     

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气体浓度及流率对复合质子传导膜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,研究了不同H2S气体浓度、流率和操作温度对结构为H2S、（复合MoS2阳极催化剂）/ 复合质子传导膜/（复合NiO阴极催化剂）、空气的燃料电池电化学性能影响。燃料电池的性能与通入阳极侧的H2S浓度和流率有关,H2S浓度和流率增加,提高了阳极侧气体扩散速率和电化学活性组分,使燃料电池的开路电压、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浓度低达5%时,该气体也可作为电池的燃料并用来发电。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。比较了MoS2与复合MoS2催化剂的性能,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,通入阳极和阴极侧的H2S和空气的流率分别为35mlmin-1和100mlmin-1,操作温度为650、700和750oC时,燃料电池产生的最大功率密度为12.4、52.9和130 mWcm-2、最大电流密度为45、281和350 mAcm-2。     

Li2SO4质子传导膜H2S固体氧化物燃料电池研究

制备和研究了具有H2S,(MoS2 NiS Ag)/Li2SO4 Al2O3/(NiO Ag),air结构的H2S固体氧化物燃料电池用于产生电能和脱除燃料气体中的H2S.电池在600～650 ℃和大气压下运行.燃料电池的电化学性能受电解膜的组成,电极材料和操作温度影响.掺杂了Al2O3 和少量H3BO4的Li2SO4质子传导膜可以提高膜的机械强度和性能,改善膜的致密性和电池的性能.适宜的Li2SO4 和 Al2O3 比为3～4∶1(质量比), 适宜掺杂H3BO4的量为2%～5%(w).掺杂了Ag粉和电解质的金属硫化物复合阳极在H2S气流下很稳定和性能很好, 掺杂了Ag粉和电解质的的NiO复合阴极在去除H2S时性能优于Pt电极催化剂.在650 ℃电池的最大输出功率密度为70 mW·cm -2,最大电流密度为180 mA·cm -2.然而,电池长期运行的稳定性实验仍有待研究.     

适用于质子交换膜燃料电池的H2中H2S浓度阈值控制研究

利用耐受性曲线、极化曲线、循环伏安等电化学测试手段,分别考察了H2中ψ(H2S)分别为0.25×10-6、0.5×10-6、0.75×10-6、1.0×10-6、1.25×10-6、1.5×10-6以及5.0×10-6时对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响.分析PEMFC性能达到相同的下降程度时通入H2S的量与其浓度之间的关系,通过拟合计算,得出H2中ψ(H2S)的合理控制范围为小于等于0.2×10-6.通过比较不同浓度H2S影响下的耐受性曲线,可以看出H2S在Pt表面的吸附具有累积性,即使ψ(H2S)低于0.2×10-6,其长时间的影响也会造成电池性能的下降.因此,如果单从控制H2中H2S浓度的角度来维持电池性能并不理想,还需要定期对电池性能进行恢复.比较了循环伏安法和空气吹扫法对电池性能的影响,这两种方法可分别使电池的性能恢复到初始状态的97%和95%,但是空气吹扫法更易于在车载条件下实现.     

质子交换膜燃料电池电催化剂研究

阻碍PEMFC商业高.提高催化剂的利用率不仅与催化剂的类型有关,电极制备工艺的优劣也对此有较大影响.高性能电催化剂的研究成果在推动了质子交换膜燃料电池快速发展的同时,对优化电极制备工艺也很有现实意义.本文对目前质子交换膜燃料电池的电催化剂和MEA制备技术的最新研究工作进行了分析评述.     

一种以H2S为燃料的固体氧化物燃料电池

研究了在一个大气压和750～850℃下,具有H2S、(MoS2 NiS Ag)／YSZ／Pt和空气结构的固体氧化物燃料电池的电化学性能,发现升温有助于增强电解质的离子传导性,使电池性能变好．在750℃下,阳极通入H2S、阴极通入空气时,电池的最大电流密度和最大功率密度分别达800mA／cm^2和84mW／cm^2;在850℃下,电池的最大电流密度和功率密度分别达1750mA／cm^2和200mW／cm^2．     

中温固体氧化物燃料电池性能的初步研究

本文初步研究了一种新型中温固体氧化物燃料电池的性能,包括工作温度、功率输出特性以及电池的稳定性等,试验结果表明,制备的PEN单电池可以在500～600℃的温度下工作,开路电压(OCV)达O.8～1.0V,电池输出功率密度可达0.1W/cm2。升高温度可以提高电池性能,同时又降低了电池的稳定性,较合适的工作温度为550℃左右。     

基于钛网基膜电极组件的被动式直接甲醇燃料电池

基于钛网基膜电极组件（membrane electrode assembly,MEA）设计并制作被动式直接甲醇燃料电池（directmethanol fuel cell,DMFC）．钛网基MEA以钛金属网作为电极支撑体基底材料,Nafionll7作为质子交换膜．PtRU／XC-72R作为阳极催化剂,Pt／XC-72R作为阴极催化剂．被动式DMFC壳体采用有机玻璃材料制作．密封元件采用硅胶片制作．紧固件选用标准件．在室温空气自呼吸条件下,选取不同甲醇浓度的电解液．测试了基于钛网基MEA的被动式DMFC极化性能．结果表明：当电解液中甲醇浓度从0．5mol／L经过1．0mol／L增大到1．5mol／L时．基于钛网基MEA的被动式DMFC的功率密度峰值呈现先增大、后减小的规律;当甲醇浓度为1．0mol／L。电池功率密度峰值为3．91mW/cm2．     

质子交换膜燃料电池及其数学模型简述

以氢氧质子交换膜燃料电池为例,阐述了燃料电池的工作以及计算燃料电池动力学的基础数学模型。这个模型包括五个基本的控制方程:质量、动量、组分传递、电荷和能量方程以及各物理化学属性之间的关系。