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     

新型Pt-Sn/C阳极催化剂对乙醇的电催化氧化性能

 研究了用于直接乙醇燃料电池的自制Pt-Sn/C阳极催化剂对乙醇的电催化氧化性能. 采用直流伏安法和交流阻抗法分析了电池温度和极化电位对乙醇电催化氧化性能的影响,比较了不同温度下甲醇和乙醇通过Nafion 117膜的扩散系数. 结果表明,乙醇通过Nafion 117膜的扩散系数小于甲醇的扩散系数. 伏安法测试结果表明,Pt-Sn/C催化剂对乙醇的催化氧化活性高于商品化的Pt-Ru/C催化剂. 在实验温度范围内,乙醇在Pt-Sn/C催化剂上的初始氧化电位比在Pt-Ru/C催化剂上低约0.2 V; 同一电位下Pt-Sn/C催化剂比Pt-Ru/C催化剂的氧化电流密度高出20～60 mA/cm2,且电流密度的差值随温度的升高而增大. 交流阻抗法测试结果表明,Pt-Sn/C催化剂对乙醇具有更高的催化活性. 在90 ℃下,以1 mol/L的乙醇为燃料,氧气为氧化剂时,Pt-Sn/C催化剂显示出良好的电池性能,电池最高功率密度为44 mW/cm2,而Pt-Ru/C催化剂的电池最高功率密度仅为27 mW/cm2.     

热处理工艺对静电纺丝制备PVDF/PMMA复合膜的力学性能的影响

利用热处理工艺对静电纺丝制备复合膜聚偏氟乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯(PVDF/PMMA)进行改性,研究不同温度与不同压力对复合膜力学性能的影响,并与商用膜Celgard 2400在力学性能、离子电导率、循环性能方面进行对比。结果表明:在温度145℃,压强0.05 MPa时,PVDF/PMMA复合膜的拉伸强度为19.0 MPa,是未加压处理时其拉伸强度的10倍;PVDF/PMMA复合膜室温下的离子电导率为1.180mS/cm,比商用膜室温下的离子电导率高出187%;由PVDF/PMMA复合膜组装的纽扣电池在0.2C倍率下的放电比容量为140 (mA·h)/g,在1C倍率下的放电比容量为130(mA·h)/g,与商用膜同倍率下的放电比容量相同;在5C倍率下PVDF/PMMA复合膜的循环性能更优。     

热处理温度对LiMnPO4/C复合纳米纤维电化学性能的影响

以乙酸锂、乙酸锰、浓磷酸和PVP为原料,采用静电纺丝法制备了LiMnPO_4/C纳米纤维锂离子电池正极材料,并研究了煅烧温度对LiMnPO_4/C纳米纤维样品形貌、结构和电化学性能的影响。通过X射线粉末衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其样品进行了结构和形貌表征。结果表明,经700℃焙烧的LiMnPO_4/C样品为橄榄石型结构,在SEM下呈直径约为310 nm纤维状。该样品在室温0.2 C倍率下首次放电比容量可达157.3 mAh·g~(-1),循环1000圈后的放电比容量在150 mAh·g~(-1)左右,容量保有率为95.3%,具有较高的循环稳定性。     

溶胶-凝胶流动相异型直接甲醇燃料电池性能研究

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并在其外表面包裹Nafion膜,制得管状异型阴极并组装成异型直接甲醇燃料电池;采用溶胶-凝胶法制备了适用于直接甲醇燃料电池的溶胶-凝胶流动相。研究了溶胶-凝胶流动相异型直接甲醇燃料电池的阻抗,考察了阴极支撑体壁厚、阴极扩散层载量、实验温度和溶胶黏度等对电池极化性能的影响。结果表明,异型电池阻抗比传统平板电池大,但活化后电池阻抗明显下降;较低的溶胶黏度和较高的工作温度有利于提高电池性能;支撑体壁厚为1.3 mm、扩散层载量为3.5 mg/cm2时的电极性能最优。     

直接内重整熔融碳酸盐燃料电池中甲烷蒸汽重整催化剂探索性研究

选择甲烷蒸汽重整催化剂用于直接内重整熔融碳酸盐燃料电池(DIR-MCFC)中,并考察了DIR-MCFC的性能,讨论了电池放电量、气体压力、燃料气进料水/碳比(S/C)等因素对该催化剂性能的影响.结果表明,重整催化剂能够满足电池放电需求;放电量大小影响电池内的H2含量,但对CH4含量影响不大;当气体压力为0.36MPa时...     

LiFePO_4的制备、结构与电性能研究

应用高速球磨-高温固相反应法于不同煅烧温度(400~700℃)下合成L iFePO4锂离子电池正极材料,X-射线衍射、扫描电镜和恒电流充放电等测试表明,煅烧温度对合成的L iFePO4晶体结构、表观形貌以及电化学性能均有很大影响;经600℃煅烧得到的L iFePO4样品具有良好的充放电性能,以0.1C倍率充放电,首次放电比容量为128.8 mAh/g,第15次放电比容量为129.1 mAh/g,充放电效率在99.7%以上;其高温充放电性能亦佳.     

甲醇浓度对被动式自呼吸直接甲醇燃料电池性能的影响

依据单电池测试结果和甲醇传质理论考察了甲醇溶液的浓度对被动式自呼吸直接甲醇燃料电池（DMFC）性能的影响.研究结果表明,电池的法拉第效率和能量转化效率会随着浓度的增大而降低,采用4mol/L的甲醇溶液实现了最大的放电功率13.9mW/cm^2,并能在60mA下稳定放电长达20h.这取决于电池运行过程中电极内部的甲醇传质和甲醇透过的共同作用.     

Mg、Ti离子复合掺杂改性磷酸铁锂正极材料及其电池性能

在氮气气氛下采用高温固相方法, 合成了Mg、Ti 离子复合掺杂改性的锂离子电池正极材料(Li_0.98Mg_0.01)(Fe_0.98Ti_0.01)PO₄/C, 并通过粉末X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和充放电循环对材料进行性能表征. 测试结果表明, 复合离子掺杂可显著改善材料的电化学性能, 模拟电池在0.2C和1C倍率下的放电比容量分别为154.7 和146.9 mAh·g^-1. 以此复合掺杂样品为正极材料组装60 Ah动力电池, 其3C倍率放电容量仍保持为1C倍率放电容量的100%; 低温0 和-20 °C测试条件下, 动力电池放电容量分别保持为常温初始放电容量的89.7%和63.1%; 在常温1C/1C充放电条件下, 经过2000次循环后, 电池容量依然保持为初始放电容量的89%, 显示出优良的倍率放电性能和循环性能. 研究结果表明, Mg、Ti 离子复合掺杂改性的磷酸铁锂正极材料及其电池具有优良的放电性能和循环稳定性, 可广泛应用于电动(或混合动力)汽车和储能电池系统.     

氧缺位结构介孔二氧化钛/聚乙烯复合隔膜在锂硫电池中的应用

采用两步溶液法合成了一种具有高度氧缺位的黑色介孔二氧化钛, 并将其涂覆在隔膜表面作为锂硫电池复合隔膜, 研究了其在锂硫电池中的电化学性能. 结果表明, 氧缺位的黑色介孔二氧化钛材料不仅展现出良好的导电性, 还能加强对多硫化物的物理和化学吸附能力, 从而显著提高锂硫电池的放电比容量(0.1C倍率下首次放电比容量为1257 mA·h/g)和循环性能(循环100次后放电比容量为821 mA·h/g).     

碳载体的O3处理对直接甲醇燃料电池Pt-Ru/C催化剂性能的影响

为了提高直接甲醇燃料电池阳极催化剂的催化活性, 利用O₃处理的Vulcan XC-72碳黑为载体, 制备Pt-Ru/C催化剂, 并与未经处理的Vulcan XC-72为载体制备的Pt-Ru/C催化剂的性能进行比较. 采用XPS和BET测试了O₃处理后碳粉表面的含氧浓度和比表面积, 结果表明, 随处理时间延长, 碳表面含氧浓度先减少后增加, 比表面积减小; 而随着处理温度升高, 比表面积增加, 含氧浓度先减少后增加. XRD, TEM方法对催化剂的结构及形貌的表征结果表明: O₃处理的碳黑为载体制备的Pt-Ru/C催化剂粒径均匀、分散性好. 在0.5 mol/L CH₃OH和0.5 mol/L H₂SO₄溶液中, 利用粉末微电极测试了循环伏安和稳态极化曲线, 结果表明: O₃处理碳粉为载体的催化剂比未经处理的碳粉为载体的催化剂的活性高. 研究了O₃处理碳粉的时间和温度对催化剂性能的影响, 电化学测试表明: 140 ℃处理6 min的碳粉为载体制备的催化剂对甲醇的电催化氧化活性最佳.     

Pd-Fe/C催化剂中Fe的状态对氧还原电催化活性的影响

直接甲醇燃料电池;Pd-Fe/C催化剂;氧还原;合金化     

氧分压对固体氧化物电解池性能的影响

High-temperature (700–900 ℃) steam electrolysis based on solid oxide electrolysis cells (SOECs) is valuable as an efficient and clean path for large-scale hydrogen production with nearly zero carbon emissions, compared with the traditional paths of steam methane reforming or coal gasification. The operation parameters, in particular the feeding gas composition and pressure, significantly affect the performance of the electrolysis cell. In this study, a computational fluid dynamics model of an SOEC is built to predict the electrochemical performance of the cell with different sweep gases on the oxygen electrode. Sweep gases with different oxygen partial pressures between 1.01 × 10³ and 1.0 × 10⁵ Pa are fed to the oxygen electrode of the cell, and the influence of the oxygen partial pressure on the chemical equilibrium and kinetic reactions of the SOECs is analyzed. It is shown that the rate of increase of the reversible potential is inversely proportional to the oxygen partial pressure. Regarding the overpotentials caused by the ohmic, activation, and concentration polarization, the results vary with the reversible potential. The Ohmic overpotential is constant under different operating conditions. The activation and concentration overpotentials at the hydrogen electrode are also steady over the entire oxygen partial pressure range. The oxygen partial pressure has the largest effect on the activation and concentration overpotentials on the oxygen electrode side, both of which decrease sharply with increasing oxygen partial pressure. Owing to the combined effects of the reversible potential and polarization overpotentials, the total electrolysis voltage is nonlinear. At low current density, the electrolysis cell shows better performance at low oxygen partial pressure, whereas the performance improves with increasing oxygen partial pressure at high current density. Thus, at low current density, the best sweep gas should be an oxygen-deficient gas such as nitrogen, CO₂, or steam. Steam is the most promising because it is easy to separate the steam from the by-product oxygen in the tail gas, provided that the oxygen electrode is humidity-tolerant. However, at high current density, it is best to use pure oxygen as the sweep gas to reduce the electric energy consumption in the steam electrolysis process. The effects of the oxygen partial pressure on the power density and coefficient of performance of the SOEC are also discussed. At low current density, the electrical power demand is constant, and the efficiency decreases with growing oxygen partial pressure, whereas at high current density, the electrical power demand drops, and the efficiency increases.     

甲酸作直接甲醇燃料电池替代燃料

甲酸作直接甲醇燃料电池替代燃料;甲醇;甲酸;直接甲醇燃料电池;Pt-Ru/C催化剂     

Pt dendrimer nanocomposites for oxygen reduction reaction in direct methanol fuel cells

Dendrimer-encapsulated Pt nanoparticles (G4OHPt) were prepared by chemical reduction at room temperature. The G4OHPt, with average diameters of ca. 2.7 nm, were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and thermogravimetric analysis. Electrocatalytic behavior for oxygen reduction reaction was investigated using a rotating disk electrode configuration in an acidic medium, with and without the presence of methanol (0.01, 0.1, and 1 M). Kinetic studies showed that electrodes based on Pt nanoparticles encapsulated inside the dendrimer display a higher selectivity for ORR in the presence of methanol than electrodes based on commercial Pt black catalysts. Also, the dendritic polymer confers a protective effect on the Pt in the presence of methanol, which allows its use as a cathode in a direct methanol fuel cell operating at different temperatures. Good performance was obtained at 90 °C and 2 bar of pressure with a low platinum loading on the electrode surface.     

高分散Fe-N-C氧还原反应电催化剂及其在直接甲醇燃料电池中的应用

氧还原反应(ORR)是燃料电池和金属空气电池等洁净发电装置中阴极的主要反应,该反应动力学过程慢,电化学极化严重. Pt基电催化剂具有较好的ORR活性,然而Pt资源有限、价格昂贵,研制高活性、低成本的代Pt电催化剂意义重大.经过几十年的探索,研究者发现将含有C, N和Fe等元素的前体进行高温热处理得到的Fe-N-C电催化剂对ORR具有良好的活性,然而在高温热解过程中Fe容易发生聚集而形成大块颗粒,导致Fe的利用率不高,影响了电催化剂的ORR活性.
　　本文分别以聚吡咯和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为C和N的前驱体,利用高温热解形成的富含微孔的碳材料对铁前体的吸附及锚定作用,获得了一种Fe高度分散的Fe-N-C电催化剂.采用物理吸脱附技术、高分辨透射电镜(HRTEM)和扫描电镜对Fe-N-C及其制备过程中相关电催化剂的孔结构及表面形貌进行了表征.结果表明,在第一步热解过程中, EDTA-2Na的Na对碳材料起到了活化作用,形成富含微孔的N掺杂碳材料(N-C-1),其BET比表面积达到1227 m2/g,孔径约1.1 nm.在第二步热解过程中, N-C-1有效地抑制了Fe的聚集,产物Fe-N-C中的Fe元素均匀地分布在碳材料中,其比表面积高达1501 m2/g.
　　电化学测试结果表明,在碱性介质(0.1 mol/L NaOH)中, Fe-N-C电催化剂对ORR具有良好的催化活性, ORR起始电位(Eo)为1.08 V (vs. RHE),半波电位(E1/2)0.88 V,电子转移数n接近4, H2O2产率<3%,与商品20%Pt/C(Johnson Matthey)接近.电化学加速老化测试结果表明, Fe-N-C的E1/2未发生明显变化,而Pt的负移45 mV,表明Fe-N-C具有很好的稳定性;在酸性介质(0.1 mol/L HClO4)中, Fe-N-C的Eo为0.85 V, E1/2为0.75 V,其E1/2比Pt/C负移约0.15 V,表明在酸性介质中Fe-N-C对ORR的催化活性还有待提高.采用TEM、X射线衍射、X射线光电子能谱以及穆斯堡尔谱等方法研究了电催化剂构效关系.结果表明, Fe-N-C较好的ORR活性主要来自于高分散的Fe-N4结构,此外, N(吡啶N和石墨N)掺杂的C也对反应具有一定的催化活性.
　　与Pt/C相比, Fe-N-C电催化剂具有很好的耐甲醇性能.本文对比了Fe-N-C和Pt/C作为阴极催化剂的直接醇类燃料电池(DMFC)性能,采用质子交换膜的DMFC最大功率密度分别为47(Fe-N-C)和79 mW/cm2(Pt/C),而采用碱性电解质膜的则分别为33(Fe-N-C)和8 mW/cm2(Pt/C).结合半电池结果表明, Fe-N-C电催化剂在碱性介质中具有比Pt更为优秀的催化活性和稳定性,有望用作DMFC阴极代Pt催化剂.     

甲醇对炭载铂和四羧基酞菁钴催化氧还原动力学的影响

运用旋转圆盘电极技术和线性扫描伏安方法研究比较了甲醇对炭载铂（Pt/C）和800 ℃热处理的炭载四羧基酞菁钴（CoPcTc/C）催化氧还原动力学的影响.结果表明，对于Pt/C催化剂，在大于0.64 V和小于0.18 V（vs SCE）的电位范围，甲醇的氧化和氧的还原互不影响，而在其它电位范围，甲醇使Pt/C催化氧还原的性能严重降低.对于800 ℃热处理的CoPcTc/C，在整个电位范围内，甲醇的存在对氧还原都没有影响，是一种活性较高、耐甲醇能力强的氧还原电催化剂.     

以泡沫镍载NiCo2O4纳米线阵列为阴极催化剂的Al-H2O2半燃料电池

研究了以泡沫镍载NiCo2O4纳米线阵列为阴极催化剂的Al-H2O2半燃料电池的性能. 以无模板生长法制备了泡沫镍载NiCo2O4纳米线阵列阴极材料, SEM测定结果表明, NiCo2O4纳米线几乎垂直于泡沫镍载体表面生长. 以电压和功率密度-电流密度曲线研究了H2O2浓度、电解液流速和温度对电池性能的影响, 结果显示, 以铝片为阳极, 0.6 mol/L H2O2为氧化剂的电池的开路电压约为1.40 V; 在室温和57 ℃下, 电流密度为98和172 mA/cm2时, 最大功率密度分别达到79和120 mW/cm2.  在5000 s的测试时间内, 0.70 V的恒电流密度和75 mA/cm2 的恒电压值几乎为一常数, 这表明以泡沫镍载NiCo2O4纳米线阵列为催化剂电还原H2O2具有很好的活性、稳定性和传质性能.     

Evaluations of fire and explosion hazard for the mixtures of benzene and methanol using rough set method

The effect of initial temperatures (100, 150, and 200 °C), operating pressures (101 and 202 kPa), and various loading oxygen concentrations (21, 17, 14…oxygen vol.%) on the flammability hazard evaluations for the mixtures of benzene and methanol (100/0, 75/25, 50/50, 25/75, and 0/100 vol.%) by using rough set method, was studied. The results indicated that the most important influence factor was the operating pressure. There is no significant difference in the safety assessment for the different concentrations of mixtures. This study proposed a helpful reference for a related practical plant combined with experimentally and theoretically feasible way for flammability prevention and protection.