三维顺排阳极自呼吸微流体燃料电池性能特性

自呼吸微流体燃料电池是很有前景的新型微型电源,目前其性能的主要限制因素是阳极燃料传质。本文构建了具有三维顺排阳极的自呼吸微流体燃料电池,利用圆柱形阳极在流道中容积式的分布增大反应面积,强化燃料传输。本文研究了燃料浓度和反应物流量对电池性能的影响,并对流道中的两相流动进行了可视化观察。实验结果表明:随燃料浓度或反应物流量的增加,电池性能先升高后降低;产生的CO_2气泡能够被限制在阳极电极和隔离棒中,减小了其对阴极侧电解液流动的扰动;气泡会在隔离棒之间聚并形成气膜,气膜周期性形成和排出的动态行为对电池的放电性能具有较大影响。     

过硫酸钾为电子受体的微生物燃料电池性能特性

本文采用过硫酸钾作阴极电子受体,阳极室接种厌氧活性污泥,构建了"H"型微生物燃料电池(MFC),并对电池产电性能进行了实验研究.结果表明,附着在阳极电极表面的生物膜对MFC的产电起着关键性的作用,电池性能随着阴极侧电解质溶液pH值降低而提高,随着过硫酸钾浓度增大而提高.电池的开路电压及最高输出功率在以过硫酸钾做电子受体时都要显著高于常用的铁氰酸钾电子受体.     

自呼吸式碱性直接葡萄糖燃料电池研究

本文设计了基于无Pt电极的自呼吸式阴离子交换膜(AEM)直接葡萄糖燃料电池(DGFC),并对其性能进行了实验研究。结果表明,在室温下,自呼吸式AEM-DGFC的最大功率密度达到20.8 mW·cm~(-2),最大电流密度为156mA·cm~(-2),优于以葡萄糖为反应物的传统的微生物燃料电池和酸性直接葡萄糖燃料电池(PEM-DGFC)。实验还探究了葡萄糖浓度以及KOH浓度对于自呼吸式直接葡萄糖燃料电池性能的影响,葡萄糖浓度的升高一方面会降低传质极化,另一方面会阻碍OH~-的传输,增大电池的内阻。0.7 M浓度的葡萄糖使燃料电池性能达到最优最优。KOH浓度从2M升高到4M时,使得阳极的GOR速率加快,电池性能进一步提升。     

新型超级电容器材料修饰尿液微生物燃料电池阳极的研究

超级电容器活性炭(SC-AC)是一种新型高吸附活性炭,具有超大高比表面积,发达的中孔结构和高电容性质.在本文中,这种新型超级电容器材料被用于修饰尿液微生物燃料电池(Urine-powered Microbial Fuel Cell,UMFC)阳极碳布.比表面积测试结果显示SC-AC的修饰显著增加了阳极的比表面积.电化学阻抗谱表明SC-AC的修饰有效增大了阳极的导电率。高比表面积和高电容特性的协同作用使SC-AC修饰的阳极碳布(SC-AC/CC)表面的微生物附着量远大于空白碳布(CC).SC-AC/CC为阳极的UMFC的最大功率密度达到555.10 mW·m~(-2),是CC的1.8倍。研究结果表明,这种新型超级电容器材料可以用于修饰UMFC阳极且可有效地提升其整体性能.     

膨体聚四氟乙烯膜的亲水改性及其在微生物燃料电池中的应用

膨体聚四氟乙烯(ePTFE)膜以聚四氟乙烯为原料膨化拉伸而成,具有耐酸碱、强度高、生物适应性强、抗污染性高等优点。本文对已商品化的ePTFE膜进行亲水处理,并对无膜以及使用Nafion 117质子交换膜,未处理的ePTFE膜,亲水处理的ePTFE膜时的微生物燃料电池的性能进行了比较。实验发现ePTFE膜经过亲水处理后其与水的接触角从122°变化为64°;使用亲水性ePTFE膜的微生物燃料电池获得的最大功率密度为1303 mW/m~2,高于无膜(1170mW/m~2),使用Nafion 117(840 mW/m~2)和未处理ePTFE膜(678 mW/m~2)时的功率密度。结果表明ePTFE膜可以作为微生物燃料电池的分隔物,并且通过改善膜表面与水的接触角可以在增加质子传递效率的同时减小氧气的渗透,进而提高微生物燃料电池的电池性能。     

基于高氢气利用率的质子交换膜燃料电池运行特性研究

为了提高氢气利用率本文对氢氧燃料电池在不同的阳极进口压力、阴极过量系数以及工作温度下进行阳极长时间闭口运行,考察阳极闭口对电池性能的影响。在每个操作条件运行期间阳极电池阀均未中途打开(单个操作条件最长运行时间26 h),氢气利用率达100%。结果表明:氢氧燃料电池除了在低阴极过量系数且高电流密度之外在其它各工况下阳极闭口能长时间稳定运行。膜电极分区域断面SEM测试表明出口处附近区域阳极和阴极催化层均有所减薄而其它区域膜电极催化层均没有受到影响。这表明电池出口附近碳腐蚀造成的催化层减薄与电池出口附近处水淹是有必然联系的。     

多孔碳纳米球的制备及其电化学性能

以三嵌段共聚物F108为软模板,通过水热法合成酚醛树脂球并在氮气氛围下碳化、KOH活化处理,最终得到多孔碳纳米球材料.通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和氮气吸附分析仪对样品进行表征,结果表明样品的平均粒径为120 nm,球形度高,比表面积达到1403 m~2/g,孔径分布广.通过X射线衍射研究样品的结晶度,傅里叶红外光谱分析样品表面官能团的情况,结果表明KOH处理和高温处理使得样品的微晶结构有序度提高,表面官能团含量降低.以多孔碳纳米球作为超级电容器电极的活性物质,电化学特性测试结果表明,多孔碳纳米球材料的比电容能够达到132 F/g(0.2 A/g),在10 A/g的电流密度下,经过10000次循环充放电后,电容量保留率为97.5%.本文采用水热法制备的多孔碳纳米球电化学性能良好,适用于超级电容器电极材料,研究结果表明,比表面积大、孔径分布合适(具有一定介孔含量)、结晶度高和含有少量表面官能团的理化特性的电极材料,其电化学性能更加优越.     

碳点在钠离子电池中的应用

碳点是一类新兴的碳材料,由于其超小的尺寸、丰富的可控表面官能团、良好的生物相容性、无毒性和光致发光等特点,自发现以来得到了广泛研究,逐渐被应用于各种领域.近年来,碳点在新一代电池中的应用受到了广泛关注,针对碳点在钠离子电池电极材料方面的应用优势和存在的挑战,本文以碳点衍生碳材料、碳点对电极材料的表面修饰和形貌调控为脉络...     

具有可渗透阳极的自呼吸微流体燃料电池性能特性

微流体燃料电池去除了质子交换膜,避免了膜退化、水管理等问题,是微型燃料电池领域新的研究热点。本文构建了具有可渗透阳极和空气自呼吸阴极的微流体燃料电池,采用甲酸溶液作为燃料对其性能特性进行了实验研究。结果表明:具有可渗透阳极的自呼吸微流体燃料电池性能随燃料浓度或流量的增加先升高后下降,随电解液浓度的增加而升高;阳极侧反应产生的CO₂气泡对自呼吸微流体燃料电池的性能和燃料利用率的影响较大,适当提高燃料流量有利于气泡的排除。     

基于非铂无膜阴极直接甲酸燃料电池性能特性

本文通过采用天然管状材料制备了一种非铂无膜的空气自呼吸一体式阴极。该电极实现了传统电极中的支撑层、气体扩散层和催化层的功能,因而省去了质子交换膜并简化了燃料电池阴极的制备工艺。基于上述阴极和镀Pd石墨棒阳极,本文构建了无膜管状自呼吸式直接甲酸燃料电池。文中还对阳极液酸碱性、支持电解质浓度、甲酸根浓度和阳极液流速对电池性能的影响特性进行了研究,结果表明,当阳极液采用0.5 mol/L HCOONa+4.0 mol/L KOH,流速为756μL/min时,电池可获得最大功率密度0.73 mW/cm~3。     

微生物电解池制氢研究进展

微生物电解池(MECs)是一种以微生物为电解制氢电池的阴极或阳极催化剂,将有机物间接转化为氢气的新型高效节能制氢技术. 此类可再生制氢技术的开发,仍面临如何提高制氢速率、降低能耗以及成本等方面的挑战. 本综述着重介绍MECs制氢的最新研究进展,首先扼要介绍了MECs技术制氢的工作原理和反应机理,总结并讨论了近几年电极材料、以及用于制氢的代表性电催化剂的研究进展,并且总结了不同有机物基底对MECs制氢性能的影响,最后提出了MECs制氢技术研究面临的几个关键挑战,展望提高MECs制氢性能的潜在方法.     

微生物电解池制氢研究进展（英文）

微生物电解池(MECs)是一种以微生物为电解制氢电池的阴极或阳极催化剂,将有机物间接转化为氢气的新型高效节能制氢技术.此类可再生制氢技术的开发,仍面临如何提高制氢速率、降低能耗以及成本等方面的挑战.本综述着重介绍MECs制氢的最新研究进展,首先扼要介绍了MECs技术制氢的工作原理和反应机理,总结并讨论了近几年电极材料、以及用于制氢的代表性电催化剂的研究进展,并且总结了不同有机物基底对MECs制氢性能的影响,最后提出了MECs制氢技术研究面临的几个关键挑战,展望提高MECs制氢性能的潜在方法.     

阳极流场对单室微生物燃料电池性能的影响

实验研究了阳极分别采用蛇形和交指型流场的单室微生物燃料电池(MFC)性能,发现采用蛇形流场的单室MFC 不仅启动时间较快,而且性能较好.通过对中间腔室侧的阴阳极电极表面SEM表征发现,阳极采用交指型流场的单室MFC阴阳极表面均有生物膜存在,这部分额外的生物膜阻碍了阴阳极之间的氢离子传输,从而导致阳极采用交指型流场的MF...     

高电流密度下PEMFC水淹过程的碳腐蚀行为及耐久性研究

本文通过采用单电池在高电流密度(1200 mA·cm~(-2))下进行100 h的稳态测试,研究了PEMFC水淹过程的碳腐蚀行为及其耐久性。实验前后均进行了性能测试,实验前后对电池阴极进行了循环伏安(CV)分析,实验结束后制备了膜电极的三个区域的样本进行了SEM分析。结果发现:电池性能基本无变化,高电流密度下工作稳定,但是阴极催化剂活性表面积有一定减小,而且阴极催化层特别是流道出口区域有轻微衰减,阳极出口区域催化层厚度有略微的减小,实验结果证明了阴极催化层水淹过程中的碳腐蚀行为。     

采用阴/阳极通流的热再生氨电池性能

构建采用阴/阳极通流的穿透电极型热再生氨电池(Thermally Regenerative Ammonia-based Battery,TRAB),并研究了电解液/氨流量比、氨浓度、电极孔隙和支持电解质浓度对电池性能的影响.结果 表明,电解液/氨流量比过低会导致氨渗透,恶化阴极性能,进而降低电池性能;通过增大流量比,可加强传质提升电池功率.一定流量比下,随氨浓度增加,电池性能逐渐提升,但过高浓度会引起氨渗透,恶化电池性能.电极孔隙密度越大,电极反应表面积越大,电池性能提升.随硫酸铵浓度增大,电解质电导率不断增大,电池性能逐渐提升,在高浓度(＞2 mol.L-1)下,浓度增大对电池性能提升不明显.     

结合碳捕集的SOFC-sCO2布雷顿循环集成系统性能分析

固体氧化物燃料电池是将化学能转化成电能的全固态能量转换装置,被认为是极具前景的绿色发电系统。本研究提出了结合碳捕集的固体氧化物燃料电池-超临界二氧化碳布雷顿循环集成系统,通过阳极尾气富氧燃烧实现低能耗碳捕集,并利用s CO₂再压缩布雷顿循环回收燃烧室余热提高系统效率。模拟结果显示,该集成系统在设计工况下的净发电效率为59.74%,二氧化碳捕集量为134.50 kg/h。此外,关键工作参数对系统性能的影响分析结果表明,合理的阳极尾气再循环比、燃料利用率和燃料流量是确保系统安全高效运行的必要前提。     

直接甲醇燃料电池热传递数值模拟

本文建立了二维两相非等温的直接甲醇燃料电池(DMFC)模型,综合考虑了DMFC中的电化学反应、热传递、组分传递和甲醇串流。计算了电池内的温度分布、不同电流密度下的膜电极内部最大温差和膜电极平均温度;在此基础上研究了环境和甲醇进口浓度对电池性能、膜电极内平均温度和最大温差的影响。结果表明:膜电极内阴极的温度高于阳极;甲醇进口浓度的上升导致膜电极内平均温度和最大温差上升;环境对电池性能的影响很小。     

质子交换膜燃料电流道淹没与传质强化

在地面常重力环境下,采用透明电池可视化方法研究了质子交换膜燃料电池阳极和阴极的流道淹没现象。分别研究了阳极和阴极反应物流量对电池内部传质和电池性能的影响。结果表明,电池阴极的淹没区域比阳极大,由电极淹没引起的气体传质受限和电化学反应受限主要发生在阴极。提高反应物流量能够强化气体传质并提高电池性能,并且提高电池阴极侧反应物流量比提高阳极侧反应物流量对提高电池性能更有效。本文工作为进一步开展微重力环境中的燃料电池实验提供了比较依据。     

Samaria-doped Ceria Modified Ni/YSZ Anode for Direct Methane Fuel in Tubular Solid Oxide Fuel Cells by Impregnation Method

以NiO和8%(摩尔分数)氧化钇稳定的氧化锆为原料,采用注凝成型工艺制备了管状固体氧化物燃料电池阳极支撑体．用离子浸渍法对阳极支撑体进行表面修饰．用电化学工作站测单电池交流阻抗和输出性能并且用化学气相色谱仪对电池尾气进行分析．测试结果表明修饰后的阳极在通甲烷的情况下出现了一定程度的积炭,但是积炭现象在一定的测试时间内达到平衡,没有对电池造成破坏,并且显著地提高了电池阳极的电化学性能．单电池在通入氢气和甲烷的情况下最大输出功率密度分别达到了225和400 mW/cm²．     

基于表面改性的锂电池热质传递及热稳定性

电极材料表面结构改性对锂电池电化学性能、热质传递性能和热安全性的提高具有重要意义。本文通过对锂电池正极材料进行表面改性,实现电池内部热质传递性能及热稳定性的提高,并对电池电化学性能及热安全性进行改进。本文采用氟化物、氧化物和含锂复合物对富镍三元正极材料(NMC811)进行表面改性,并对其微观形貌及结构、电化学性能、导热系数、离子扩散系数和热稳定性进行分析。结果表明表面改性能够有效提高电池内部热质传递及热安全性能。