基于耗散粒子动力学的Nafion膜内质子扩散行为

目的研究质子在Nafion117膜内的扩散行为及其最优水合形式.方法采用耗散粒子动力学(DPD)方法,利用Materials Studio软件构建质子在Nafion117膜内传递模型,通过介观模拟获取径向分布函数和扩散系数.结果当Nafion117膜含水量达到一定程度时,水通道相互连通,构成水合质子的传递通道;增加Nafion117膜的水含量和提高温度,有利于水合质子的扩散.结论质子在Nafion117膜内传递最优水合形式为H_3O~+(H_2O)_2,研究成果为全钒液流电池性能的提升提供了重要依据.     

水在Nafion膜中扩散行为介观分析

目的从介观角度研究水在全钒液流电池隔膜中的传质特性.方法采用耗散粒子动力学模拟方法,使用Materials Studio软件构建Nafion膜与水的粗粒化模型,分析了Nafion膜中水通道三维拓扑结构,研究温度、水含量对Nafion膜中水的扩散行为的影响.结果随水含量的增加,全钒液流电池隔膜中的水团簇逐渐形成相互连接且贯穿的海绵状连续水通道、隔膜中磺酸基配位数增加、水在膜中的扩散系数增大;随着温度升高,水在隔膜中的扩散系数增大;在磺酸基周围配位的水分子大部分分布在0.5 nm范围内.结论在一定范围内增加水含量和提高温度有利于Nafion膜中的质子传递,可以提高全钒液流电池的性能.     

交流阻抗法测试质子交换膜电导率的研究

介绍了交流阻抗谱法测试质子交换膜质子电导率的原理与等效电路.并以Nafion117膜为例介绍了采用交流阻抗法测试其电导率的测试夹具及测试平台的设计和搭建,给出了Nafion117膜的交流阻抗谱图以及膜质子电导率随温度的变化曲线.采用交流阻抗法测试质子交换膜的电导率是质子交换膜燃料电池性能测试的重要手段.     

全氟磺酸中空纤维膜基本性能研究

本文用 EW=1563的 Nafion 树脂为原料,纺制了内径为0.44mm,外径为1mm 的中空纤维膜,并将其转化成 K 型、Na 型和 H 型。研究了不同类型的 Nafion 中空纤维膜对水的吸附行为,并初步探讨了 Nafion-H 中空纤维膜对极性不同的两种液体的分离效果。结果表明,水在Nafion 中空纤维膜中的扩散系数与膜中阳离子半径有关,阳离子半径愈小,扩散系数愈大;水在Nafion-K 中空膜中的扩散系数随温度的升高而增加,求得的扩散活化能为44KJ/mol;同时还表明,Nafion-H 中空纤维膜对甲苯-乙醇混合溶液透过蒸发的分离效果良好。     

基于介观分析的HT-PEM燃料电池阴极扩散层传质研究

目的研究高温质子交换膜燃料电池阴极扩散层中传质过程,解决扩散环境因素降低传质扩散效率的问题.方法基于Martini力场原理建立介观力学数学模型,采用Materals Studio软件中Mesocite模块构建气体与扩散层的粗粒化几何模型,通过介观动力学方法分析温度、扩散层孔隙曲折度、孔隙率和气体组分等因素对阴极扩散层中传质过程的影响,并根据均方位移研究不同因素对扩散系数的影响.结果随着温度升高,气体各组分在扩散层中的扩散系数增大;碳纳米管长度变大,氧气分子扩散系数下降,而水分子扩散系数上升;水分子质量分数增大,氧气分子的扩散系数下降,而水分子的扩散系数上升.结论在一定范围内增大扩散层的孔隙率以及降低反应时水分子的质量浓度会有利于反应气体的扩散,提高反应效率.     

碳酸钙水溶液结晶的MD模拟

研究了温度对碳酸钙水溶液中Ca2+和CO2-3结晶的影响,应用分子动力学(MD)方法模拟了在不同温度下由方解石110晶面和300个水分子、2个Ca2+及2个CO2-3组成的水溶液系统,计算了温度为283 K～373 K的水溶液中水分子、Ca2+和CO2-3的扩散系数以及两种离子与表面的结合能.通过水分子和Ca2+及CO2-3的扩散系数的计算证明在温度为353 K时水溶液中离子最容易反应形成离子对,进而长成微晶,而在343 K时离子最不易结晶.通过结合能的计算,可以看出在313 K时离子与表面的结合能最大,此时离子最容易被晶体表面吸附而在表面上形成新的结晶,而在373 K时结合能最小.     

醇在水中的无限稀释扩散系数的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟研究了0.1 MPa、298~318 K条件下甲醇、乙醇、1-丙醇在水中的无限稀释扩散系数(D12),并通过径向分布函数、配位数、平均氢键数的计算,分析了二元流体的微观结构和分子间的相互作用。结果表明,模拟所得的无限稀释扩散系数与实验值符合。另外,随着温度升高,径向分布函数的峰高、醇分子与水分子之间的配位数以及醇-水的平均氢键数均减小,表明在较高温度下醇分子周围堆积的水分子数减少,醇分子和水分子之间的相互作用力降低,因而使扩散系数增大,这些结果从微观角度解释了扩散系数的变化规律。     

温度、氯离子和铬元素对J55油套管钢钝化膜半导体性能的影响

利用电容测量法及电化学阻抗谱技术研究了温度、氯离子浓度和铬元素对目前广泛使用的J55油套管钢在模拟土壤环境中所成钝化膜半导体性能的影响.结果表明:钝化膜呈现n型半导体特性,随着成膜温度的升高、铬元素的加入和氯离子浓度的增加,Mott-Schottky曲线直线部分的斜率减小,表明膜内杂质密度增加.阻抗谱结果表明:在同一温度下,离子在膜内的传递电阻R1随着氯离子浓度增加而减小,膜内的扩散系数YW增加;同一氯离子浓度下,随着成膜温度的升高,扩散系数YW减小.表明温度升高、溶液中氯离子浓度的增加以及铬元素的加入会使钝化膜对J55油套管钢基体的保护作用减弱.     

药物卡托普利在水溶液中扩散系数的测定

本文采用金属膜池法测定了药物卡托普利在水中的扩散系数,并考察了温度以及浓度对该扩散系数的影响.结果表明:用金属膜代替玻璃膜使传统膜池法测定扩散系数的时间缩短,操作更简便.所测得的扩散系数在同一浓度下,随着温度的升高而增加;在同一温度下,随着浓度的增加而减小.     

超临界水中碳酸钾成核机理的分子动力学模拟

针对超临界水对催化剂成核过程的影响机制问题,采用分子动力学模拟方法系统研究K2,CO3在不同温度和密度的超临界水中的成核过程.通过对体系的相互作用能、径向分布函数、配位数及体系氢键网络结构变化的分析,揭示了在K2,CO3成核过程中K+、CO32-与水分子间的相互作用机理.结果表明:在超临界态下,随着温度的升高、密度的降低,水溶液体系氢键结构破坏,水分子与K+和CO32-的作用急剧降低,K+和CO32-在静电作用下可冲破水分子的静电屏蔽,从而碰撞聚合形成离子对,继而进一步团聚成核;体系温度越高、密度越小,K2,CO3越易形成小而分散的团簇.     

Osmotic Pressure of Water in Nafion~

Mechanical failure modes leading to cracks or breeches in proton exchange membrane fuel cells are driven by mechanical forces associated with swelling from water uptake and shrinkage from dehumidifi-cation. To determine the magnitude of compressive mechanical stress imposed by water swelling in a proton exchange fuel-cell membrane, the osmotic pressure of water in a perfluorosulfonic acid ionomer (Nafion? N 117) membrane was measured using a hydrostatic piston-cylinder device with an in-situ hydrophilic frit. Experiments indicate that hydrostatic stresses greater than 103.5 MPa are created in a membrane when swollen with water at 23℃ suggesting that pressure from water swelling can distort Nafion N 117-based structures as the osmotic pressure is of the same order of magnitude as the flow stress of Nafion N 117.     

流延法制全氟磺酸质子交换膜的性能研究

全氟磺酸质子交换膜作为一种固体聚合物电解质,它具有化学稳定性和热稳定性好、电压降低、电导率高、机械强度高等优点,可在强酸、强碱、强氧化剂介质和高温等条件下使用,并已成为氯碱工业及燃料电池生产中最关键的组件.对流延法制全氟磺酸质子交换膜的物理机械性能和电性能进行了研究,并与挤出法制全氟磺酸质子交换膜比较,认为流延法膜和挤出法膜物理机械性能和电性能相差不大,但在表面形态上具有较大差异.     

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.     

碘硫循环制氢中 HI 的电解渗析浓缩工艺研究

为应对碘硫循环制氢工艺中浓缩 HI 的要求,采用石墨、活性炭纤维布为电极,Nation117CS 为质子交换膜构成电解渗析(EED)池,对Bunsen反应 Hix相的模拟溶液进行了HI 的 EED浓缩实验.实验结果表明,EED操作能够对 HI 起到有效的浓缩作用.在所考察的 2.5～20.0 A/dm2 电流密度范围内未发生浓差极化,随电流密度的提高,阴极液 HI 浓缩速率逐渐增大.在连续运行实验中,当电流密度为 20.0 A/dm2 时,对初始m(HI)为 8.8 mol/kg 的 HH-H2O-I2溶液进行2 h 的 EED处理,即可使m(HI)超越恒沸点.采用石墨电极时的浓缩效果优于采用活性炭纤维布,但采用后者时EED槽电压明显低于前者,可使EED操作能耗有效降低.提高操作温度会使HI的浓缩效率下降,但可显著降低槽电压.     

锂与Nafion膜相互作用的电化学交流阻抗、SEM和EDAX研究

Nafion膜是一种重要的全氟离子膜，有广泛的用途。本文对Nafion膜在锂电池中应用的可能性进行了研究。结果表明，锂金属与干的Nafon膜发生化学反应，反应产物在锂表面形成表面膜层，它不能保护锂，防止锂的进一步腐蚀。膜层的电阻率约为10^9ohm.cm数量级，基本上不具电子和离子导电性。因此，Nafion膜不能直接作为电解质用在锂电池中，除非对锂表面刊物某种修饰，形成性能良好的保护膜。     

膜电解法合成重铬酸钾的研究

采用自制聚四氟乙烯两室电解槽,以铂片作阳极,不锈钢片作阴极,Nafion？系列全氟磺酸阳离子交换膜作隔膜,铬酸钾、氢氧化钾为原料,研究了电解合成重铬酸钾的新方法。工作中以电流效率、转化率和直流电耗为优化目标,采用正交实验,探讨了电流密度、反应温度、阳极液K2 CrO4初始浓度、阴极液KOH初始浓度、反应时间、膜厚等因素的影响,最终确定电解合成重铬酸钾的最优工艺条件为：反应温度80℃,电流密度2．5kA· m-2,反应时间为理论电解时间408min,阳极液K2 CrO4初始浓度350g/L,阴极液KOH初始浓度50g/L,膜厚0．05mm。     

Analysis of Water Management in Proton Exchange Membrane Fuel Cells

Introduction Fuel cells provide an environmentally friendly high- efficiency power source that is not limited by the Carot efficiency. The proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is considered to be the most promising can- didate for electric vehicles …     

电极添加剂Nanfion乳液对离子膜燃料电池放电性能的影响

离子交换膜燃料电池作为一种理想的氢能发电装置 ,是目前氢能研究开发的热点。用实验方法研究了电极添加剂Nafion乳液对离子交换膜燃料电池电化学性能的影响。实验结果表明 ,在电极中加入适量的Nafion乳液可以显著地提高电极的电催化反应活性。当电极中Nafion乳液的含量为 3%～ 5 %时 ,燃料电池的放电电压和电流密度都处于高峰值状态。实验结果还发现 ,用不同方法配制的Nafion乳液对燃料电池放电性能的影响也有一定的差异     

Separation of dopamine and epinephrine by a novel electrophoresis technique with nafion membrane as separation column

A novel electrophoresis technique, in which a strip of perflurosulfonic-acid ( Nafion 117 ) membrane was used to replace the conventional separation column and liquid buffer solution within, was developed and employed to separate the mixture of dopamine and epinephrine under a low separation voltage of 100 V with quadruple pulses amperometry detection. It was showed that the so-called Nation membrane electrophoresis could be one of very simple and easy method and has the potentiality to be used to separate and analyze some small organic biologic molecules.