PtRuMo/C催化甲醇氧化的交流阻抗谱研究

通过交流阻抗法研究了PtRuMo/C电催化剂对甲醇的催化氧化作用,初步讨论了甲醇在PtRuMo/C电催化剂的氧化机理.交流阻抗等效电路模拟结果显示在电位高于0 2V和甲醇浓度大于0 5mol·L-1时呈现感抗现象;实验结果分析表明随电位的增加,甲醇氧化的中间反应物的吸附率减少,导致电子传递速度增加.     

直接甲醇燃料电池中碳载Pt—TiO2阳极复合催化剂的研究

首次报道了通过化学还原和溶胶－凝胶法了直接甲醇燃料电池（DMFC）中Pt-TiO2/C阳极复合催化剂对甲醇氧化呈出了很好的电催化活性和稳定性,研究了催化剂的组份和制备条件对催化剂性能的影响,这种催化剂有望能在DMFC实际使用。     

Me-MCP作直接甲醇燃料电池阴极催化剂

分别制备合成了碳载5-单羧基-10,15,20-三苯基钴卟啉(CoMCP)、铁卟啉(FeMCP)、锰卟啉(MnMCP)、铜卟啉(CuMCP)和镍卟啉(NiMCP)复合催化剂,并通过线性电势扫描法研究该复合材料对氧还原的电催化性能和抗甲醇能力.结果表明:MnMCP对氧还原有较高的电催化活性,其氧还原起始电位为0.513V,催化性能最好;其他金属复合材料按照CoMCP,FeMCP,CuMCP顺序降低,而NiMCP的起始电位仅为0.198V,对氧还原的催化性能相对最弱;在抗甲醇性能测试中,CoMCP,FeMCP,CuMCP,NiMCP的氧还原起始电位正移,具有较好的抗甲醇能力.     

直接甲醇燃料电池无担载铂黑催化剂的制备与表征

为了寻找适合于商用直接甲醇燃料电池的电催化剂,研究了无担载铂黑催化剂的制备方法.采用柠檬酸三钠为稳定剂和保护剂,在液相条件下以NaBH4为还原剂制备了铂黑催化剂.用X射线衍射、扫描电镜和电化学活性面积法研究了该体系的pH值、保护剂用量等因素对该催化剂性能的影响;分析了柠檬酸三钠的作用机理.结果表明:自制催化剂粒径为3.7 nm、分布更窄,当Pt∶C6H5O3-7的摩尔比为1∶1, pH=8时,制备出的铂黑催化剂性能较好,用它组装的单电池的电流-电压输出性能略优于商用催化剂.     

预沉淀法制备直接甲醇燃料电池的Pt-Fe/C阴极催化剂

用预沉淀法制备了炭载Pt—Fe（Pt—Fe／C）和炭载Pt（Pt／C）催化剂．发现Pt—Fe／C催化剂对氧还原的电催化活性比Pt／C催化剂高,但对甲醇氧化的电催化活性比Pt／C催化剂差．即使在电解液中有甲醇存在时,Pt—Fe／C催化剂对氧还原的电催化活性仍比Pt／C催化剂高．所以,Pt—Fe／C催化剂适合于用作直接甲醇燃料电池（DMFC）中的阴极催化剂．     

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.     

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．     

Bi掺杂的直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究进展

发展可替代能源对缓解全球能源问题具有重要意义。直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cell,DMFC) 因其工作温度低、能量密度高以及污染物排放少等特性,正逐渐成为最有发展前景的便携式能源技术之一。目前,其商业化进程主要取决于甲醇氧化反应(methanol oxidation reaction,MOR) 的动力学快慢、催化剂的成本和寿命。Bi元素的掺杂可以极大地提高甲醇电催化氧化的性能,并且可以提高阳极催化剂抵抗CO中毒的能力。介绍了掺杂Bi的贵金属和非贵金属阳极电催化剂,以及贵金属掺杂Bi₂O₃、Bi₂WO₆ 等光辅助电催化剂;综述了它们提高甲醇电催化氧化性能的机制,并展望了阳极Bi电催化剂在DMFC中所面临的机遇和挑战。     

低湿度下质子交换膜燃料电池的交流阻抗分析

采用Nafion(112膜制备膜电极(MEA)并对质子交换膜燃料电池(PEMFC)进行了无外增湿条件下E-I极化曲线和电化学交流阻抗谱(EIS)的测试。对比分析了20和55℃时的交流阻抗谱图,结果表明不同温度下EIS中代表质子传导电阻的Rhf值和电荷转移电阻的Rct值有明显不同,低电流密度下的Rhf值和E-I极化曲线上的欧姆极化区具有更好的一致性。电池在15 mA.cm-2的恒电流密度下放电时,随着温度升高Rhf值和Rct值都相继增大,其中Rhf值随温度升高有显著变化,是导致PEMFC在操作温度超过45℃时性能降低的主要因素。     

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.     

直接甲醇燃料电池电化学性能

以Pt-Ru/C和Pt/C分别为阳极、阴极催化剂,自制了膜电极,并组装了直接甲醇燃料电池(DMFC)以及测试系统.通过稳态电流-电压极化曲线法,研究了甲醇流量、甲醇浓度、甲醇温度以及空气增湿温度对DMFC电化学性能的影响.研究结果表明,在电池温度为25 ℃以及阴极为自然空气的条件下,当DMFC输出电压为0.22 V时,其输出电流密度和峰值功率密度分别可以达到68 Ma·cm-2和14.8 Mw·cm-2,且各因素对电池性能存在着明显的影响.实验的最佳运行工艺参数:甲醇流量为2 Ml·min-1,甲醇浓度为2 mol·L-1,甲醇温度为30 ℃,空气增湿温度为40～60 ℃.     

直接甲醇燃料电池的阳极进料系统及控制策略

直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cells,DMFC)的甲醇燃料的利用关系到系统的能量密度,是其微型化亟待解决的问题。为了提高甲醇利用率和提高系统的能量密度,必须采用必要的进料系统和控制策略。该文从主动和被动两类系统总结了面向直接甲醇燃料电池的关键系统组件和相关的控制策略,从系统工程的角度加以分析,总结了DMFC用甲醇传感器和系统控制的设计开发思想,并指出电池型化学传感器将是DMFC用甲醇传感器的主要开发方向,系统需采用脉冲式进料和混合动力方式以适应不同模式的负载。自呼吸电堆需采用基于化学势为推动力的被动式进料方式。采用空载自升温模式有助于缩短启动时间。     

用于直接甲醇燃料电池系统甲醇浓度控制的软测量

为了提高直接甲醇燃料电池燃料的效率,并使该系统微型化,提出了一种用于控制该系统中循环甲醇浓度的软测量算法。该算法利用甲醇浓度对电化学响应的特性,将电堆的电流、电压以及温度作为对浓度的响应参数,将每片电池作为传感原件,准确测量电池的电流、电压和温度。结果表明,采用该算法从实验结果推测值的甲醇浓度误差小于0.40%。该算法可用于微型燃料电池的开发。     

微型直接甲醇燃料电池流场板内多相流动分析

针对微型直接甲醇燃料电池,运用多孔介质理论建立了微型直接甲醇燃料电池流场板内含电化学反应的、毛细力驱动下的微通道内多相流动的传输模型;计算并分析了流场板内微通道尺寸、功率密度等重要参数对毛细力驱动下微通道中多相流动的传输特性的影响,以及流场板内微通道尺寸对电池性能的影响.结果表明:微通道内液相饱和度随通道宽度和高度的增加而增大,随节距和电池功率密度的增加而减小;电池的功率密度随微通道高度和宽度的增加而增大,随节距和长度的增加而减小.     

直接甲醇燃料电池PtSn/C催化剂对甲醇氧化的电催化活性

采用低温固相反应法制备了直接甲醇燃料电池用PtSn/C阳极催化剂,采用XRD、TEM等测试方法对催化剂的晶体结构和粒径大小进行了表征. 结果表明:采用低温固相反应法制备的PtSn/C催化剂和Pt/C催化剂均表现为Pt的fcc晶体结构;Sn的加入导致Pt的晶胞参数增大;与同法所制Pt/C催化剂相比较,PtSn/C催化剂中金属Pt在碳载体上分布较均匀,金属粒子的粒径较小,平均粒径约为4.8 nm,从而具有更大的反应表面积. 电化学测试表明,对于甲醇电氧化,PtSn/C催化剂具有比Pt/C催化剂更强的催化能力.     

Cu改性直接甲醇燃料电池Pd/C阴极催化剂的电催化性能

用铜做掺杂元素,采用浸渍法以活性炭为载体制备了贵金属载量为20%的Pd-Cu/C系列直接甲醇燃料电池阴极催化剂,比较了4种不同Cu含量催化剂的电催化性能。采用ICP和X射线衍射分析了催化剂中金属元素的比例以及Cu掺杂对Pd/C催化剂晶体结构的影响。结果表明:催化剂中Pd与Cu的物质的量之比与预设值相近,Pd和Cu基本被全部还原;Pd-Cu/C催化剂为面心立方结构,元素铜的加入使催化剂的Pd-Pd间距缩小,从而HO2 ads和OO键能更好地吸附在催化剂金属表面;当采用NaBH4为还原剂,Pd与Cu物质的量比为3∶1时,催化剂(Pd3Cu/C)的平均粒径为3.4 nm,催化剂的催化性能最好,电化学活性表面积EAS达到38.9m2/gPd,电化学性能较Pd/C催化剂有很大提高,接近Pt/C商用催化剂。     

阳极电催化剂在直接甲醇燃料电池中的应用

直接甲醇燃料电池以燃料甲醇来源丰富,价格低廉,储存、携带方便而成为近年的研究热点.评述了电极催化剂在直接甲醇燃料电池的研究概况,详细介绍了各种催化剂对甲醇氧化的作用.     

Silicon-based micro direct methanol fuel cell with an N-inputs-N-outputs anode flow pattern

A micro direct methanol fuel cell(μDMFC) is suitable for use in notebook computers,mobile phones,and other digital products.To resolve the poor mass-transport efficiency problem in the anode flow channel,this paper presents an N-inputs-N-outputs parallel flow pattern with rectangular convexes to reinforce methanol mass transport and reduce concentration polarization.The simulation results show that the N-inputs-N-outputs parallel flow channels with the rectangle convexes improve the performance.μDMFCs,which have four anode flow patterns,are fabricated using MEMS(microelectromechanical systems) technology.The experimental results show that the μDMFC with the rectangle convexes has a performance better than previously reported systems,and has a peak power density of 19.96 mW/cm2.The simulation and experimental results are in good agreement.