PEMFC阴极催化层结构分析

采用CCS法（catalyst coated substrate）构建铂纳米颗粒（Pt-NPs）和铂纳米线（Pt-NWs）双层催化层结构,分析其对单电池电化学性能的影响。对于富铂/贫铂双层铂纳米颗粒结构,靠近质子交换膜侧的富铂层中致密的铂颗粒结构能促进ORR速率,而靠近气体扩散层一侧的具有更高的孔隙率和平均孔尺寸的贫铂层,有利于反应气体的传输和扩散,当贫富铂层铂载量比为1:2时,单电池测试表现出最优性能,在0.6 V时的电流密度达到了1.05 A·cm^-2,峰值功率密度为0.69 W·cm^-2,较常规单层催化层结构提升了21%。在以Pt-NPs作为基底层时生长Pt-NWs时,得到了梯度分布的双层结构。铂颗粒的存在促进了铂前驱体的还原,并为新形成的铂原子提供了沉积位置。在Pt-NPs基底上生长的Pt-NWs具有更均匀的分布以及更致密的绒毛结构,并且自然形成了一种梯度分布。优化后的Pt-NWs催化层在0.6 V时的电流密度提高了21%。含有双层催化层结构的膜电极具有更高的催化剂利用率,对阴极催化层结构的优化和制备提供了新思路。     

煤浆电解制氢的动力学研究

研究了煤浆电解过程中电压、温度、H₂SO₄浓度、Fe³⁺浓度等因素的影响,并进行了电解前后煤粉样品的热重测试和电解后溶液的成分分析。结果表明,电压、温度、添加的Fe³⁺浓度、H₂SO₄浓度等参数对电解过程的电流密度有较大影响。其中,温度对电流密度的影响符合阿伦尼乌斯方程,在电解电压1 V条件下煤浆电解活化能为31.87 kJ/mol。TGA和ICP分析表明,电解后煤中的部分金属离子溶入溶液,导致结构和灰分成分发生了较显著的变化。     

微乳法合成Pt/C、PtIr/C催化剂及其电化学性能表征

以碳纳米粉(XC-72R)作为载体,采用三种不同方法合成Pt/C负载型催化剂。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、循环伏安法(CV)、恒电位测试(Potentiostatic)以及线性极化分析（Potentiodynamic polarization）等手段进行催化剂表征,结果表明,微乳法制得的负载型催化剂,活性组分的颗粒尺寸为5～10nm,且均匀地分散在载体表面,其电化学性能良好。而微乳法进一步制备的含不同比例的负载型的PtIr/C催化剂,其中以Pt85Ir15表现出更为较好的电化学综合性能。     

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 .     

正交设计法优化PEMFC催化层的最佳配比

利用正交实验设计法优选PEMFC电极催化层制备的最佳条件.实验证实亲水电极(催化层中不含PTFE)性能优于疏水电极.在该工艺条件下,当Nafion的含量为1.4mg·cm-2,Pt含量为0.4mg·cm-2时,以常压的H2和空气分别作为燃料气和氧化剂,电池的最高功率可达到0.37W·cm-2.研究表明,提高Pt/C中的Pt含量将是提高催化剂性能的有效途径.     

预制铂纳米颗粒对质子交换膜燃料电池用铂纳米线阴极的结构影响

铂纳米线（Pt NWs）由于其独特的结构特点,比商业Pt/C具有更高的氧还原反应（ORR）比活性。在本工作中,我们将预先制备好的铂纳米颗粒（Pt NPs）引入到碳基体中,用于诱导生长Pt NWs,获得了均匀分布Pt NWs的阴极。通过改变Pt NP载量（0~0.015 mg·cm^-2）和Pt NP来源（不同Pt含量的Pt/C）研究了所制备阴极的结构和性能。用扫描电镜对阴极表面进行了表征,并用透射电镜和X射线衍射分析了Pt NW的形貌和晶体结构。在单电池中分别进行了极化曲线和循环伏安曲线测试。当Pt NP来源为40% Pt/C且其载量为0.005 mg·cm^-2时,制备的Pt NW阴极具有最佳的单电池性能和最大的电化学表面积（ECSA）。最后,提出了预制Pt NP影响Pt NWs分布的可能机制。     

燃料电池中氢电极催化剂的研究

燃料电池是借助于电池内的燃烧反应，将化学能直接转为电能的装置，是一种新型的高效化学电源，是除火力、水力、核能之外的第四种发电方式。对燃料电池，性能良好的催化剂至关重要，它决定着大电流密度放电时的电池性能、运行寿命和成本。燃料电池的催化剂应该满足以下条...     

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。     

负载型氧电极PtRuIr/TiC催化剂的制备、结构及CV研究

以TiC纳米粉作载体,超声波分散?共还原沉积方法制备以Pt、Ru和Ir为活性组分的负载型催化剂PtRuIr/TiC.BET比表面积、扫描电子显微镜(SEM)、X光衍射(XRD)及循环伏安(CV)等测试表明:该负载型催化剂活性组分Pt、Ru、Ir微晶(组成2.6%Pt,1.3%Ru,16%Ir和80%TiC,by mass)在载体TiC上趋于无定型化结构,主要分散在载体的外表面上,其析氧性能约是相同成分无负载催化剂的3倍,经过120次CV扫描,PtRuIr/TiC在电解质溶液中几乎不溶解.实验证实,这一电极具有良好的电化学催化性能和稳定性.