1kW熔融碳酸盐燃料电池组研制

1kW熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC)组由有效电极面积为 2 4 0mm× 140mm的 30个单电池组成 .系统采用内部分配方式供给气体 ,通过设在电池组底部和四个侧面的电炉丝进行加热 .在常压和 65 0℃条件下 ,分别以氢气和空气作燃料和氧化剂 ,放电电流密度为 15 0mA/cm2 时 ,平均每电池的输出电压达到 0 .7V .在运行的 30 0h内 ,电池组峰值输出功率达到 1.0 6kW .     

隔膜和熔融碳酸盐燃料电池 (MCFCS)性能的研究(英文)

用γ LiAO2 粉料和带铸法制备电池隔膜。隔膜有很高的阻窜能力和较低的欧姆极化。在电流密度为 2 0 0和 2 4 6mA/cm2 下放电时 ,用此膜组装的电池组 (三对电池 ,电极面积为 12 2cm2 )输出电压分别为 2 .0 1和 1.78V ,输出功率达 53.4W .于 2 0 0和 30 0mA/cm2 下放电时 ,单电池 (电极面积为 2 8cm2 )输出电压分别高于 0 .85和 0 .75V ,输出功率约 6 .6W .补偿隔膜收缩导致电池性能的提高 .     

熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)的制作和性能研究

采用铸带法制备电极 (阴极和阳极 )、电解质基材和片材等电池部件 ,并组装出电极面积为 140× 2 40mm2 的熔融碳酸盐燃料单电池和电池组 (由 8个单电池构成 )。研究了单电池在不同温度下工作性能以及多次热循环对电池性能的影响。结果表明 ,电池具有较好的输出性能和一定的耐冷热冲击能力。单电池与电池组的功率密度很接近 ,说明电池内的流场设计可行。分别以空气和氢气为氧化剂和燃料气体 ,在常压 ,6 5 0℃ ,电流密度 130mA cm2条件下 ,电池的功率密度接近 0 1W cm2 ,电池组输出峰值功率达到了 2 80W以上。     

固体电解质电解池一氧化碳电催化还原反应研究

以α-Zr(HPO4)H2O为质子固体电解质设计电解池, 于常温常压实现了CO电催化加氢还原反应, 反应产物与电极材料、 电流密度密切相关. Cu/ZrP电极表面反应主要产物是甲醛, 电流密度100 mA/cm2时, 甲醛的Faradic效率达到29.0 %, Fe/ZrP电极表面反应主要产物是乙烯, 电流密度100 mA/cm2-时, 乙烯的Faradic效率达到15.0%.     

β-MnO2纳米带的制备及其电催化氧还原活性

在150℃水热条件下,以十六烷基三甲基溴化铵为模板,用HMnO4氧化MnSO4,得到的反应产物通过X射线衍射和扫描电镜测试表明为β-MnO2纳米带.分别用β-MnO2纳米带和电解二氧化锰(EMD)作为氧还原催化剂冷压制成气体扩散电极,在6 mol/L KOH水溶液中进行稳态极化测试.结果表明,β-MnO2纳米带的电极电位比EMD正移30~60mV,当催化膜中β-MnO2纳米带的含量在35%时催化活性最高.在一般锌/空气电池的工作电流密度40 mA/cm2下,通过电池放电测试得到β-MnO2的工作电压达到1.12V.     

碳酸铅制备铅酸蓄电池电极的研究Ⅱ.涂膏式电极的制备

由PbCO3 、添加剂和硫酸溶液分别混合成正、负极膏 ,制成涂膏式铅酸蓄电池电极 .研究了不同化成方法和充放电条件对电极放电容量和活性物质利用率的影响 .结果表明 ,正极以 2 .0mA/cm2 化成后 ,在同一电流密度下充放电时 ,其性能优于较高电流密度化成的电极 ,活性物质利用率达 74.4% ;以不对称方波电流化成的负极 ,其活性明显高于恒电流化成负极的活性 .这种电极在 2 .0mA/cm2 放电条件下 ,活性物质利用率达 90 %以上 .文中还讨论了由上述正负极组成的简单模拟电池的放电行为 .     

直接乙醇燃料电池初探

采用商品化的PtRu/C和Pt/C分别作乙醇阳电极和氧气阴电极的催化剂 ,Nafion 115膜作固体电解质 ,组装成面积为 9cm2 的单池 .考察了电池温度、氧气压力、乙醇浓度及流量等对电池性能的影响 .实验结果表明在电池温度为 85℃ ,乙醇浓度为 1.0mol/L ,流量为 0 .5mL/min ,氧气压力为 0 .5MPa ,流量为 6 8mL/min条件下 ,电池开路电压为 0 .6 0 8V ,电流密度 5 0mA/cm2 时的放电端电压为 0 .32 9V ,电池最大功率密度为 19.2 5mW /cm2     

SnO2/GDE阴极的制备及电催化还原CO2产甲酸性能

采用低温水热合成法制备了碳纸基底的SnO₂气体扩散电极(SnO₂/GDE), 并对其物化特性与催化还原CO₂产甲酸性能进行了研究. 扫描电子显微镜、 X射线衍射及X射线光电子能谱表征结果表明, 在60, 75, 100 ℃下制备的催化剂均为分散性良好的纳米SnO₂粉体, 其粒径分别为7.9, 11.8和12.9 nm. 循环伏安、 线性扫描伏安和电化学交流阻抗测试结果显示电极均具有优异的电催化活性, 其电化学活性表面积分别为150, 470, 240 cm ², 通过等效电路拟合后电阻分别为8.5, 3.9, 6.6 Ω·cm ². 在-1.8 V(vs. SCE)电位下电解, 通入电量500 C时, 电极都具有较高电催化还原CO₂产甲酸性能, 而75 ℃下制备的电极性能最佳, 产甲酸电流密度为22.8 mA/cm ² , 产甲酸法拉第效率高达93.5%; 该电极经过20 h长时间电解后, 产甲酸电流密度可维持在12.8 mA/cm ² , 产甲酸法拉第效率稳定在约65%.     

活性碳纤维阴极电芬顿反应降解微囊藻毒素研究

以具有高比表面积的活性碳纤维作为阴极,通过电芬顿反应降解水中微囊藻毒素(MCRR,MCLR)的电化学方法系统考察了电流密度、pH值和Fe2+浓度等因素对微囊藻毒素降解效果的影响.实验结果表明,在Fe2+浓度为1.0mmol/L和电流密度为6.6mA/cm2条件下,电化学处理60min,MCRR(8.81mg/L)去除率为75%,MCLR(6.36mg/L)去除率为94%.证明过氧化氢可以通过电化学还原在活性碳纤维阴极表面高效产生,微囊藻毒素可被高效降解去除.     

Sn/Cu电极电化学还原CO2的研究

采用电沉积法制备Sn/Cu电极,由SEM观察并研究了电沉积电流密度对电极形貌的影响.在碱性三电极体系中考察了Sn/Cu电极对析氢、CO2还原的影响.发现10 mA.cm-2和15 mA.cm-2电沉积电流密度下制得的电极活性较高,尤以15 mA.cm-2时电极性能更佳,并指出了电还原CO2关键材料的结构特性.     

Water management improvement in PEM fuel cells via addition of PDMS or APTES polymers to the catalyst layer

Water management is one of the obstacles in the development and commercialization of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). Sufficient humidification of the membrane directly affects the PEM fuel cell performance. Therefore, 2 different hydrophobic polymers, polydimethylsiloxane (PDMS) and (3-Aminopropyl) triethoxysilane (APTES), were tested at different percentages (5, 10, and 20 wt.%) in the catalyst layer. The solution was loaded onto the surface of a 25 BC gas diffusion layer (GDL) via the spraying method. The performance of the obtained fuel cells was compared with the performance of the commercial catalyst. Characterizations of each surface, including different amounts of PDMS and APTES, were performed via scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analyses. Molecular bond characterization was examined via Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis and surface hydrophobicity was measured via contact angle measurements. The performance of the fuel cells was evaluated at the PEM fuel cell test station and the 2 hydrophobic polymers were compared. Surfaces containing APTES were found to be more hydrophobic. Fuel cells with PDMS performed better when compared to those with APTES. Fuel cells with 5wt.% APTES with a current density of 321.31 mA/cm ² and power density of 0.191 W/cm ² , and 10wt.% PDMS with a current density of 344.52 mA/cm ² and power density of 0.205 W/cm ² were the best performing fuel cells at 0.6V.     

Carbon monoxide reduction in solid oxide fuel cell–mini gas turbine hybrid power system

In this paper, combined heat and power frameworks employing solid oxide fuel cell power module and a small-scale gas turbine are presented. The offered system is utilized as heat and power supply for residential consumers with a carbon dioxide sorption circulating fluidized bed. As well a favorable solution for the high penalties associated with CO₂ capture and reuse of the CO contents is offered. The combined heat and power system considered by a different arrangement in order to high proficiency, controllability, heat recovery and high capacity of energy. In the proposed system, the unburned product from the solid oxide fuel cell is re-extracted and utilized as a fuel source. The suggested system is analyzed by the first and second law of thermodynamics. During this study, comprehensive calculations of chemistry and thermal within the fuel cell are performed to get accurate results. The impact of various parameters, for example fuel and oxidant rate, carbon dioxide removal, operating pressure, compressor parameter on work and heat output of the cycle as well as the discharge of carbon dioxide contamination, is investigated. The optimal pressure ratio of the compressor to minimize the carbon dioxide production is found.

     

千瓦级熔融碳酸盐燃料电池堆

1.5kW级熔融碳酸盐燃料电池（molten carbonate fuel cell,MCFC）堆由15个电极面积为250mm×400mm的单电池组成.系统采用内部分配方式供给气体,通过设在电池堆上、下部和四个侧面的电炉丝进行加热.在常压和650℃条件下,分别以氢气和空气作燃料和氧化剂,经过4次热循环,电池堆的开路电压依然保持在16.33V,在运行144h后,电池堆在150mAcm^-2放电时,其峰值输出功率为1.48kW,在工作电压10.5V（平均每个单电池的工作电压为0.7V）条件下输出功率基本不变,达到825W.     

以新亚甲基蓝为电子媒介体的大肠杆菌微生物燃料电池的研究

以新亚甲基蓝(NMB) 为电子媒介体, 大肠杆菌为微生物催化剂, 设计了微生物燃料电池(MFC). 该MFC的开路电压为0.760 V, 短路电流为1.108 mA, 最大输出功率为116 mW/m2, 此时所对应的电流密度为390 mA/m2. 比较了中性红(NR)和NMB作为电子媒介体对MFC性能的影响. 实验结果表明, 以NMB为电子媒介体的MFC的开路电压比以NR为电子媒介体的MFC的开路电压低, 但其开路电压达到稳定所需要的时间更短, 而且其短路电流比后者高. 当放电电流大于114 mA/m2时, 前者比后者的输出功率高, 在负载1000 Ω放电时, 前者比后者有更好的稳定性.     

Membraneless, room-temperature, direct borohydride/cerium fuel cell with power density of over 0.25 W/cm2

The widespread adoption and deployment of fuel cells as an alternative energy technology have been hampered by a number of formidable technical challenges, including the cost and long-term stability of electrocatalyst and membrane materials. We present a microfluidic fuel cell that overcomes many of these obstacles while achieving power densities in excess of 250 mW/cm(2). The poisoning and sluggish reaction rate associated with CO-contaminated H(2) and methanol, respectively, are averted by employing the promising, high-energy density fuel borohydride. The high-overpotential reaction of oxygen gas at the cathode is supplanted by the high-voltage reduction of cerium ammonium nitrate. Expensive, ineffective membrane materials are replaced with laminar flow and a nonselective, porous convection barrier to separate the fuel and oxidant streams. The result is a Nafion-free, room-temperature fuel cell that has the highest power density per unit mass of Pt catalyst employed for a non-H(2) fuel cell, and exceeds the power density of a typical H(2) fuel cell by 50%.     

单气室固体氧化物燃料电池的材料、微堆结构与相关应用

单气室固体氧化物燃料电池（SC-SOFC）是一种整个电池处在单一气室中,阳极和阴极分别对混合气体中的燃料和氧气进行选择催化产生电动势的特殊结构燃料电池. SC-SOFC因其独特的原理和结构而具有无需密封、易于堆叠、可以快速启动和不易发生积碳等诸多优点,有很大的应用潜力. 作者在SC-SOFC的原理和特点的基础上,系统地总结了SC-SOFC所用材料、微堆结构设计、衰退机制及应用方面的研究进展;以提高SC-SOFC微堆的输出电压和功率为目的,改进预混气体环境下运行的微堆结构,采取星型布局的四电池微堆其输出功率提高到420 mW;随后,逐步改进供气方式,结合计算流体力学数值模拟研究,提出了单路多点供气和双路多点供气模式,成功地将单个SC-SOFC微堆模块的输出功率提升到8.178 W,进而开展了微堆模块外部串并联和与燃烧器的结合实验验证. 研究结果表明,SC-SOFC可以很便捷地连接成微堆模块并产生数瓦的输出功率,未来有望用于以供热为主型的热电联供系统. 作者还借助原位电阻和开路电压的原位同步测试,阐明了Ni在CH₄-O₂气氛中的反复氧化-还原循环是SC-SOFC发生不可逆衰退的主要机制,这一发现后来催生出氧化-还原法制备多孔金属的新技术.     

基于电-化-热耦合理论对称双阴极固体氧化物燃料电池堆的电流与温度场数值模拟

本文基于电-化-热多场耦合理论,通过有限元方法建立了一个基于对称双阴极结构SOFC电堆单元的三维数值模型,研究了其电堆内部的电流密度分布和温度分布. 研究结果表明,气体流动方式以及集流方式影响了电解质上电流密度和温度分布：在气体进、出气口处有较大的电流密度分布;在气体共流模式下,电解质层温度分布却较均匀;在双阴极结构电池阴极侧的单一集流模式下,集流侧的电解质的平均电流密度高于另一侧.     

Ba_(0.95)Ce_(0.9)Y_(0.1)O_(3-α)固体氧化物的离子导电性及其燃料电池性能

以Ba0 .95Ce0 .9Y0 .1O3-α氧化物陶瓷为固体电解质 ,以多孔性Pt为电极材料 ,分别组成氢、氧浓差电池和氢_空气燃料电池 ,测定了 6 0 0～ 10 0 0℃范围内的浓差电池电动势 ,燃料电池的放电性能和电极极化性能 .结果表明 ,Ba0 .95Ce0 .9Y0 .1O3-α在氢气氛中几乎是一个纯质子导体 ,在氧气氛中是氧离子与电子空穴的混合导体 ,氧离子迁移数在 0 .3～ 0 .5之间 ,在氢_空气燃料电池条件下显示出混合离子 (质子 +氧离子 )导电性 ,总离子迁移数大于 0 .9.该燃料电池性能良好 ,Pt电极极化性能很小 ,最大输出电流密度为 6 80mA·cm- 2 (10 0 0℃ ) ,最大输出功率密度为 16 0mW·cm- 2 (10 0 0℃ ) .