大电流密度放电氧电极结构的探讨

本文阐述了在大电流密度下工作的氧电极。利用正交试验法,选定了主要工艺参数,通过工艺参数的变更和有效匹配,改进了电极结构。解决了在研制过程中出现的几个主要问题。在去掉汞等复合成分后,催化剂载量降至3～4mg/cm~2,以镍网集流,极限电流密度不低于4A/cm~2,制得了大电流密度下工作性能良好的后催化氧电极。此氧电极经受了多次万瓦级锌氧电池放电的考验。氧电极单项亦获得部级鉴定。     

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.     

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).     

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。     

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.     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

冰晶石-氧化铝熔体中SnO_2基惰性阳极上氧的超电压

电解炼铝采用不消耗的情性阳极有可能把目前的能耗减少20%。介绍了组成(重量%)为96%SnO_2%Sb_2O_2%CuO 的 SnO_2基情性电极的制备与掺杂方法.用稳态恒电位法及脉冲技术,对1000℃下2.7NaF·AlF_3-Al_2O_3(饱和)熔体中 SnO_2基情性阳极上氧析出的超电压作了测定.发现掺有微量 Ru,Fe 和 Cr 的电极具有明显的电催化作用。以掺 Ru 者最显著,在1.0安培/厘米~2下,其上超电压仅及未掺杂者的1/3。在电流密度高达4.0安培/厘米~2时也小于0.15伏。上述掺杂电极比相同条件下 Pt 阳极上的超电压为低。     

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.     

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。     

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.     

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。     

毛细管微电极制备参数优化

采用电解氯化法制备Ag/AgCl参比电极,结合铂丝辅助电极及毛细玻璃管制作微区电化学测试用毛细管微电极,借助电化学测试及微观形貌分析研究了不同电解工艺参数及毛细管管口口径对微电极性能的影响。结果表明,随着电解极化电流密度、极化时间、电解液浓度的增加,所制备的Ag/AgCl参比电极稳定性先增加后降低,在浓度为0.25mol/L的HCl溶液中以3.2mA/cm~2的极化电流密度极化30min时,所制Ag/AgCl参比电极稳定性最佳;将微电极的毛细管管口口径控制在50～110μm时,可保证较高的微区电化学测试成功率。     

纳米复合Li2SO4质子传导膜H2S中温燃料电池

开发了一种制备纳米复合Li_2SO_4质子传导电解质和膜电极组装(MEA)的工艺.与传统的丝网涂布工艺不同,新的制备工艺是将阳极、阴极催化剂与纳米复合电解质同时一次压制成MEA.这就使得MEA的设计具有某些结构上的特点,由于膜厚减少和电极与电解质之间的接触良好,可以降低电解质与电极之间的欧姆电阻,提高其机械和导电性能,增加膜的质子传导性以及改善电池的性能.用电子扫描电镜(SEM)和电化学阻抗分析技术对电解质薄膜进行了表征,结果表明,纳米复合材料改善了MEA的总体性能.由于膜的致密性和不透气性,不会发生气体穿透过膜的现象.MEA在H_2S环境中很稳定.电池结构为H_2S,(MoS_2/NiS Ag 电解质量 淀粉) /Li_2SO_4 Al_2O_3/(NiO Ag 电解质量 淀粉),空气、MEA厚为0.8mm、电解质组成为65% Li_2SO_4 35% Al_2O_3的单电池在680℃时产生最大功率密度为130mW/cm~2,相应的电流密度为200mW/cm~2.     

电解法处理乳化废水的技术研究

通过对电解法处理乳化废水的作用机理进行初步探索 ,试验考察了不同电极间距、不同阳极材料、不同电解质成分和不同阳极电流密度对废水处理效果的影响。研究结果表明 ,在实验废水标准条件下 ,电解法处理乳化废水的最佳工艺参数是 :采用 Fe-F e电极 ,间距为 11mm,以 w ( Na Cl) =0 .1%为电解质 ,阳极电流密度为 10 0 A/m2 ,处理能耗为 5 .5 k W· h/m3废水。废水 CODCr去除率为 94%。     

铝在NaCl-AlCl_3熔体中的电化学沉积

采用伏安扫描法、计时电流法和恒电流沉积法研究了铝在 NaAlCl_4 熔体中的电化学沉积过程。铝的电化学还原反应涉及一个成核/生长机理,且成核过程是渐进的。沉积铝的形状取决于电流密度。只有当电流密度为 2—10 mA/cm~2 时,沉积铝才是规则平整的。在高电流密度下(>15 mA/cm~2),由于含铝离子的扩散缓慢,沉积铝是枝晶状或蓬松状的。在低电流密度下(<0.7 mA/cm~2),由于电成核过程的控制作用,沉积铝呈棉絮状。     

介孔炭空气扩散电极电催化氧化产过氧化氢的影响

以压片法制备了介孔炭空气扩散电极,优化制备工艺,并将其用于自制的电化学降解装置中,以求高效产H_2O_2的能力和提高对气态污染物的降解效率。结果表明,当介孔炭与PTFE乳液质量比为3∶1、压片压力为15 MPa、在管式炉中300℃焙烧1 h后,所制得的介孔炭空气扩散电极性能最佳。在鼓气速率为6 L/h、电解质浓度为0.8 mol/L的Na_2SO_4溶液、电流密度为30 m A/cm~2、污染物含量12%时,能高效生成H_2O_2,浓度为1 598 mg/L。制作的空气扩散电极在数次使用之后,仍能保持良好的产H_2O_2能力。