高电流密度放电氧电极最佳工艺参数的选择

本文对在高电流密度下工作的氧电极相应工艺参数利用正交试验法[1]逐项考核,得到一组最佳工艺参数。由此制得的氧电极在大电流密度下的工作性能良好。工作电流密度为1000mA/cm~2时,催化剂载量为12mg/cm~2,银网为集流器,其电极电位为-0.105(V)(相对 Hg/HgO 参考电极)。耐压性不小于9000Pa。极限电流密度不低于4 A/cm~2。目前该电极面积可做到1000cm~2以上并已成批生产数千片。此氧电极在历次万瓦级锌氧电池放电试验中均经受住了考验。     

一种金属复合氧化物为催化剂的空气电极的研究

以一种金属复合氧化物为催化剂,以活性炭为载体,制备了空气电极.采用三电极体系测试了空气电极的阴极稳态极化曲线和200 mA/cm2电流密度下连续放电曲线.结果表明,在ω(NaOH)=30%的溶液、300 mA/cm2电流密度下,氧还原的过电位仅0.180 V;200 mA/cm2的电流密度下放电,寿命可长达6 000多小时.用此种空气电极作为阴极,可以大幅度提高锌-空气电池和铝-空气电池的电压.     

电沉积MnO_2工艺因素对PbO_2-Ti/MnO_2电极性能的影响

文中研究了电沉积MnO_2工艺条件及热处理对PbO_2-Ti/MnO_2电极电催化析氧性能及寿命的影响。实验结果表明,低电流密度(0.01～0.06A/dm~2)下电沉积MnO_2得到的电极的电催化性能好、寿命长。热处理能改善电极的电催化性能,并能大大延长电极的寿命。电沉积MnO_2动力学研究、电极表面MnO_2显微组织分析、断面PbO_2与MnO_2结合状态的研究,均阐明了这种影响的微观实质。     

纳米MnO2溶氧电极催化剂制备研究

纳米材料具有特殊的物理化学性能,发展迅速。具有催化功能的纳米二氧化锰材料更是在电催化领域应用广泛。文中采用通过溶胶-乳状液-凝胶法制备了纳米MnO2,探讨了不同的表面活性剂、凝胶剂(三乙胺)的用量对纳米MnO2形貌、粒径和分散性能的影响。随后,研究了不同催化剂含量对空气电极阴极性能的影响进行了研究,探讨了催化层的最佳工艺条件。研究表明:采用溶胶-乳状液-凝胶体系,在油∶溶胶为4∶1,乳状液∶三乙胺体积比为8∶3的条件下制备的纳米二氧化锰,其粒度基本在200 nm以下;采用该二氧化锰制备的空气电极,电极催化层的最佳工艺条件为:催化层中催化剂、活性炭、60%PTFE乳液、助剂的比例为3.0∶2.0∶6.82∶0.05.配合使用80目导电镍网骨架用,合适的防水透气层,在7 mol/L的KOH电解液中,氧还原电流密度最大,可达197.4 mA/cm2,可以形成最大的生氧量68.3 mL/min,性能稳定的溶氧制氧电极。     

一种新型La掺杂PbO_2电极用于X-GRL降解的研究

为提高PbO_2电极对阳离子红X-GRL的去除效果,利用热分解电沉积法制备稀土La掺杂PbO_2电极(Ti/SnO_2-Sb_2O_3/PTFE-La-β-PbO_2,简写Ti/La-PbO_2).之后,根据电极对X-GRL及其TOC的去除效果,确定La的最佳掺杂比为Pb∶La=200mol∶2mol.通过对电流密度、电解质浓度和X-GRL的初始质量浓度等不同的参数条件优化,确定最佳降解条件为电流密度50mA/cm~2,电解质(Na_2SO_4)浓度0.10mol/L,X-GRL初始质量浓度100mg/L.在此条件下降解2h后,X-GRL及其TOC的去除率分别达到93.48%和52.07%.同时,采用扫描式电子显微镜(SEM)对电极表面进行分析,结果显示La掺杂PbO_2电极表面具有致密的结构和较好的结晶取向,有利于提高电极的催化活性并最终提高X-GRL的矿化程度.最后,利用了循环伏安法(CVs)验证了La掺杂PbO_2电极具有较高的析氧电位和电化学活性.     

海水电池用粘结法制二氯化铅正极的研究

海水电池用 PbCl_2正极有多种制造方法。本实验采用粘结法,用聚四氟乙烯为粘结剂,其含量仅占正极粉重量的6%左右。本文对粘结法制 PbCl_2正极的工艺条件、正极粉配方和电化学性能进行了实验研究。确定了 PbCl_2正极的最佳工艺条件和配方。由此制成的 PbCl_2正极和 Mg 合金负极组成单电池,在4mA/cm~2的电流密度下放电,终止电压为0.9V 时,PbCl_2正极活性物质利用率达88%以上(正极载量0.3g/cm~2以下,电极有效面积5×5cm~2)制成的电极具有良好的强度,而且此种正极片保存性良好,在室温下保存约八个月,其性能不变。     

高电流密度放电氧电极研制的新进展

为进一步降低高电流密度放电氧电极的成本,减少其催化剂银的用量,本文提出用掺杂镍和铋的氢氧化物做为催化剂,用后活化的方法在低浓度甲醛碱溶液中,室温下使电极活化。此氧电极在很高的电流密度下显示出很低的极化作用。电极以镍网为集流网,银催化剂载量可以从12～15毫克/厘米~2降为3～4毫克/厘米~2。一个一万瓦的锌氧电池组用银量则从0.6千克降到0.156千克。每平方米氧电极的成本可以下降24元。本文对氧电极的集流网也进行了研究。实验证明,对用于贮备电源的锌氧电池,以铜网镀镍或铁网镀铜、镀镍来代替纯镍网是完全可行的。     

基于不同棉织物的柔性固态超级电容器的制备与性能研究

以全棉机织布和全棉水刺非织布作为柔性基材,通过化学氧化法制备超级电容器用聚吡咯/棉织物复合电极材料.研究电极材料样品的电学性能,测试结果表明,电极材料样品具有良好的电学性能,在0.1 A/g电流密度下,聚吡咯/棉机织布和聚吡咯/棉非织布电极材料样品的比容量分别为346 F/g和282 F/g.以两种电极材料样品分别与PVAH_3PO_4凝胶电解质组装柔性固态超级电容器,进行电化学性能测试,在电流密度为1 mA cm~(-2)时,基于聚吡咯/棉机织布和聚吡咯/棉非织布电极材料组装的固态超级电容器容量为0.64 F/cm~2(152.2 F/g)和0.44 F/cm~2(115.7 F/g).     

钛基RuO_2-PAN活性阳极的研制

利用正交设计系统研究了钛基RuO_2-PAN电极的制备,寻找出了最佳电极制备条件。并利用动电位扫描法测量了锌电沉积条件下电极极化曲线,得到了具有在工业电流密度(i=500A·m~(-2))下较低析氧过电位(η=0.208V)的节能阳极。考察了电极使用寿命,并求出了其动力学参数a,b,i_0值。     

碳纳米管负载四氧化三铁修饰泡沫镍电极电Fenton降解4-硝基酚

以碳纳米管为载体合成了Fe_3O_4/CNT复合物,并用于修饰泡沫镍制备气体扩散电极,以4-硝基酚为模拟污染物,考察该电极的氧还原产H2O2性能与电Fenton降解4-硝基酚的效果,并探讨其可能的降解路径.结果表明,采用水热合成法能很好地将具有磁性的Fe_3O_4颗粒均匀地负载在CNT上,在溶液初始pH值7.0、电解质Na_2SO_4浓度0.1 mol/L、空气流量0.4 L/min和电流密度10 m A/cm~2条件下,Fe_3O_4/CNT修饰泡沫镍气体扩散电极电催化氧还原产H_2O_2的质量浓度和电流效率分别为185.4 mg/L和73.1%,4-硝基酚的去除率和氧化速率分别为95.8%和0.053 7 min~(-1),均高于未经修饰的泡沫镍电极和CNT修饰的泡沫镍气体扩散电极,且电极的稳定性能较好.     

钯/泡沫镍电极的制备及电催化脱氯的研究

研究了应用于电催化脱氯的钯/泡沫镍电极的最佳制备工艺条件.使用电沉积法制备钯/泡沫镍电极,在单因素试验的基础上,选取电流密度、制备温度、钯溶液浓度为自变量,多酚的提取率为响应值,根据响应面Box-Benhnken试验设计原理,采用三因子三水平的分析法模拟得到二次多项式回归方程的预测模型,优化钯/泡沫镍电极的制备工艺.钯/泡沫镍电极的最佳工艺条件为:电流密度7.94 m A/cm~2、制备温度40.3℃、钯溶液浓度14.195 mmol/L.在此条件下制备的电极对2,4-二氯苯酚去除率可达到99.44%,与预测值99.67%高度相符.     

原电池型氧传感器的研制

研究原电池型氧传感器的原理、结构和性能，对传感器所用电极、电解质的性质和浓度进行了选择，以可极化金属为阴极，以不可极化金属为阳极，并对不同膜覆盖下的传感器进行了性能测试。运用催化和电化学原理研究了氧传感器的作用机制，分别对不同电解质溶液、不同氧浓度和不同温度下氧还原的极化曲线进行研究，得到了有关氧催化还原电极过程动力学的参数，进而对这些参数进行推断分析，可以得到在酸性溶液中，低电流密度区和高电流密度区氧还原反应的速率方程。     

片状多孔六边形四氧化三钴的制备表征与电容性能研究

利用水相合成和煅烧法制备了一种具有六边形结构的片状多孔四氧化三钴(Co_3O_4)材料,通过扫描电镜、X射线衍射仪和比表面-孔径分布分析仪分别表征了其形貌、晶相和比表面及孔径分布情况。采用循环伏安法、恒流充放电法和交流阻抗法考察了该Co_3O_4修饰玻碳电极(Nafion/Co_3O_4/GCE)的电化学性质。结果表明,在2.0 mol·L-1KOH溶液中,电位窗口为-0.4～0.4 V(vs. Hg/HgO)的范围内,该Co_3O_4在1.0 mA·cm~(-2)的电流密度下比容量达39.39 mF·cm~(-2),在5.5 mA·cm~(-2)的电流密度下经过1000次循环后比电容量从初始的25.02 mF·cm~(-2)上升至27.24 mF·cm~(-2),表现出良好的电容特性和稳定性。     

质子交换膜燃料电池电压损耗

质子交换膜燃料电池电压损耗的定量分析,对于寻求膜电极性能的提升空间具有重要的参考意义。该文以实验室自制的膜电极为研究对象,对其内部损耗、 ohm极化、活化极化以及浓差极化依次进行了实验分析。结果表明:在阴极铂载量为0.2 mg/cm~2的膜电极中,活化极化在整体电压损耗中所占比例最高,这一现象在低温下愈发明显; ohm极化的占比最小,电流密度为1 550 mA/cm~2时,其最大值约为0.09 V;浓差极化在低电流密度区域的影响较小,在大电流密度区域以指数形式增长。经过对浓差极化的分析发现, 40%～44%的氧气扩散阻力主要来源于气体扩散层内的分子扩散阻力, 43%～50%的氧气扩散阻力主要来源于氧气穿过离聚物层到达铂表面的阻力。     

石墨作集流器的初步理论探讨

本文讨论了中等电流密度下,以多孔石墨作空气(氧)多孔电极的集流器的可能性.据理论分析,石墨有效扩散系数D为0.01cm~2/sec时,电极适宜厚度约为2一4mm.增大D,厚度尚可适度增大.为使极化分布基本均匀,电极可作成带长方形汇流框的形式.长1米、宽约40厘米的电极,当O_2还原活性不太高时,可用2cm宽、3cm高的边框.电极可以两两相背粘合,适当布置通气孔道,以形成中空的、可通空气的气体扩散电极.     

三维电极生物膜脱氮系统的电场响应性

研究三维电极-生物膜反应器对加载电场的响应性,为寻求反应器有效合理的自动控制方式提供理论指导.为了充分利用三维电极体系阳极产氧为硝化菌提供好氧环境实现氨氮硝化,利用阴极产氢为反硝化菌提供缺/厌氧环境和电子供体实现反硝化脱氮,实验设计并稳定运行了三维电极-生物膜脱氮反应器.通过考察不同电流密度条件下,系统溶解氧(DO)、pH、脱氮性能的变化,研究电流密度对三维电极-生物膜反应器中微生物生长的微环境和微生物反硝化脱氮所需电子供体的影响,评价三维电极-生物膜脱氮系统的电场响应性.结果表明,在电流密度为0.013 4 mA/cm2时,NH+-N转化率可达90％,NO3--N和TN去除率70％以上;三维电极-生物膜脱氮系统的极限电流密度在0.020 1 mA/cm2附近;极限电流密度范围内,电流密度引起系统DO、pH的变化均在系统承受范围内;电流密度的提高可提高阴极NO3--N反硝化效率,但对阳极NH4+-N的硝化无明显影响,极限电流密度范围内均无NO2--N积累.     

快速制备不锈钢自支撑析氧催化剂的性能研究

将304不锈钢网在含2 mol·L-1 Ni2+的沸腾溶液中处理120 s,制得了催化析氧性能优异、能规模化生产的自支撑电催化剂(SS/Ni-OH2M-120s).该催化剂在10 mA·cm-2电流密度下的过电位为214 mV,比未经处理的304不锈钢网降低约127 mV,在20 mA·cm-2的电流密度下恒电位极化10 h后,催化性能没有出现明显变化,说明具有良好的稳定性.将其与Pt网电极组成全分解水装置,在1.61 V总分解电压下,便可以提供10 mA·cm-2的电流密度,比Pt-Mesh//IrO2/SS全分解水装置电压降低了0.23 V.     

SPE复合膜电极上氧还原反应研究

比较了分别由混合压膜和浸渍-还原(I-R)两种方法制得的SPE复合膜电极的电极性能。通过测定电压-电流密度曲线等方法,研究了SPE复合膜电极(I-R)的电极特性和氧还原动力学参数,重点探讨了气体压力和操作温度对电极性能的影响。     

磷掺杂和Ni-OH共改性不锈钢的 析氢及全分解水性能研究

高活性、低成本的高效双功能水分解电催化剂对实现可持续氢能源的有效转化和储存具有重要的意义.将不锈钢网进行盐酸腐蚀、浸泡、磷化得到一种一体化自支撑的双功能电催化剂.该催化剂在碱性介质中不论对析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)还是析氧反应(Oxyogen Evolution Reaction,OER)均表现出优异的电催化性能,Tafel斜率分别为87.41m V·dec~(-1)和90.1 m V·dec~(-1),析氢反应和析氧反应的电流密度为10 m A·cm~(-2)时过电位分别为165 m V和240 m V.该催化剂可用作全分解水的双功能电极材料,在1.66 V的电压下实现10m A·cm~(-2)的电流密度.     

银/二氧化锰复合催化剂的制备 及其对氧还原的电化学活性

通过化学还原法,在多壁碳纳米管(MWCNT)负载的二氧化锰纳米颗粒表面上进一步沉积银纳米颗粒,制备银/二氧化锰电极材料(Ag/MnO_2/MWCNT).利用循环伏安(CV)和线性扫描技术(LSV),测试了这些催化剂对碱性溶液中氧还原反应(ORR)的电化学活性.结果表明,MnO_2为5%(wt%)与10%的催化剂对ORR均表现出强的电活性,它们的ORR起始电位约为0.02 V(vs. Hg/Hg O).在Ag/5%MnO_2/MWCNT电极上,ORR的极限扩散电流密度是2.86×10~(-3)A/cm~2(1 200 r/min),高于Ag/MWCNT.Levich方程分析表明,在Ag/5%MnO_2/MWCNT催化剂上,ORR电子转移数明显大于Ag/MWCNT,说明在Ag/5%MnO_2/MWCNT上氧气能更彻底地还原.结果表明,适量MnO_2的加入能明显改善Ag/MWCNT对ORR的电活性.