微电极研究 XV.微带电极及阵列微带电极上的扩散

本文讨论了微带电极的计时电流、扩散层与时间的关系;研究了微带阵列电极的扩散层交叠情况及其对计时电流的影响;进而对微带阵列电极上电极间的屏蔽效应进行了研究,屏蔽效应与电解时间、电极间距离及电极宽度有关,用已有的实验结果验证了本文的理论分析.     

微电极研究 XV.微带电极及阵列微带电极上的扩散

本文讨论了微带电极的计时电流、扩散层与时间的关系;研究了微带阵列电极的扩散层交叠情况及其对计时电流的影响;进而对微带阵列电极上电极间的屏蔽效应进行了研究,屏蔽效应与电解时间、电极间距离及电极宽度有关,用已有的实验结果验证了本文的理论分析.     

微电极研究 ⅩⅤ.微带电极及阵列微带电极上的扩散

本文讨论了微带电极的计时电流、扩散层与时间的关系;研究了微带阵列电极的扩散层交叠情况及其对计时电流的影响;进而对微带阵列电极上电极间的屏蔽效应进行了研究,屏蔽效应与电解时间、电极间距离及电极宽度有关,用已有的实验结果验证了本文的理论分析.     

催化层位置对气体扩散电极性能的影响

以锌空气电池气体扩散电极为研究对象,采用分层添加催化剂的方式研究了改变催化层位置对气体扩散电极放电性能的影响.将气体扩散电极以集流体为中心分为两面:面向空气侧的A面与面向电解液侧的B面.根据催化剂添加位置的不同,制作四类电极:AB两面都添加催化剂、AB两面都不添加催化剂、只在A面添加催化剂、只在B面添加催化剂.在同等条件下对比并分析四类电极的放电效果.实验证明.当催化层位于气体扩散电极的空气侧(A面)时,整个电池的浓差极化与欧姆极化都会增大,而只在气体扩散电极靠近电解液侧(B面)添加催化剂时电极放电性能相对较好.     

电解制备二氧化锰强酸性电解液中气体扩散电极的稳定性与失效行为

采用气体扩散电极(GDE)代替传统析氢阴极电解制备二氧化锰(EMD),重点研究了气体扩散电极在强酸性MnSO4-H2SO4电解液中的稳定性、寿命及失效行为.结果表明:气体扩散电极在MnSO4-H2SO4电解液中重现性好、具有一定的稳定性,寿命可达400 h;平行实验表明,阳极沉积一定厚度的EMD是槽电压第一次升高的主要原因;电流密度为100 A m-2时,气体扩散电极失效前阴极过程的速度由氧的离子化反应和氧的扩散混合控制,失效后阴极过程由氧去极化和氢去极化共同组成,主要发生析氢反应;催化层聚四氟乙烯(PTFE)网络结构的破坏和镍网层的溶解是电极失效的原因之一;Pt的团聚降低了电极的电催化活性,是电极失效的主要原因;阴极失效是槽电压再次升高的主要原因.     

高性能高功率密度质子交换膜燃料电池膜电极

膜电极是质子交换膜燃料电池最为重要的核心部件,其性能直接决定着燃料电池的性能。提高膜电极的性能和功率密度,对于推动燃料电池的商业化进程具有十分重要的意义。通常意义上的膜电极包括质子交换膜、阴极催化层、阳极催化层、阴极气体扩散层和阳极气体扩散层等5个基本单元(常常称之为五合一膜电极),气体扩散层又包括气体扩散材料层和微孔整平层;膜电极的性能取决于材料和制备技术两个方面,制备技术、膜电极的关键组成材料、铂载量都对膜电极的性能和功率密度具有重要影响。近年来,随着催化剂和质子交换膜等关键材料性能的提升,以及制备技术的进步,国内外膜电极的性能得到了大幅度的提升,丰田公司燃料电池的体积功率密度可高达3.2 kW/L。本文将主要从膜电极制备技术的角度(涉及催化剂层和气体扩散层的制备技术等)介绍近年来高性能高功率密度膜电极的研究发展情况,同时介绍国内外在降低膜电极铂载量和开发自增湿膜电极方面的研究进展。     

粘结剂聚四氟乙烯乳液经过乙醇预处理后对气体扩散电极性能的影响

在气体扩散电极的制作工艺中,加入乙醇对粘结剂聚四氟乙烯(PTFE)进行预处理.通过伞自动微孔物理化学吸附仪对气体扩散电极进行BET比表面积、Langmuir比表面积、孔分布等进行测试,并用扫描电子显微镜(SEM)检测观察电极表观形貌.以锌电极作为负极组装成锌空气电池,检测在不同的电流密度下气体扩散电极相对锌电极的电位变化,研究PTFE乳液经过乙醇预处理后对电极性能的影响.结果显示,PTFE乳液经过乙醇处理后,先膨胀后收缩,能够增加催化层和气体扩散层的孔隙结构和比表面积,从而使得电极有效电化学反应场所相应增多,减低电极在大电流密度条件下放电时的极化过电位.     

多壁纳米碳管空气电极的交流阻抗研究

研究了多壁纳米碳管、活性炭和石墨等空气电极的交流阻抗特性.结果表明,纳米碳管空气电极的阻抗谱由两个半圆组成,高频区半圆对应欧姆极化阻抗,低频区半圆对应电化学极化阻抗.催化剂Pt以纳米颗粒的形式沉积在碳管的外表面,明显减小了电极的欧姆阻抗和电化学极化阻抗,提高了氧还原反应的电催化活性.活性炭电极除存在电化学阻抗外,还存在薄液膜扩散阻抗(Nernst扩散),石墨电极形成的薄液膜反应区域较小,电极反应呈Warburg扩散阻抗特征,相应的电催化活性较低.采用交流阻抗等效电路分析方法,对拟合的动力学数据进行了解释.     

NH_3气敏电极的制备及其性能

气敏电极亦被称为气体扩散电极,是应用离子选择电极最近发展起来的一种新型电极,。这种间接传感气体的电极,使用的气透膜不能渗透离子,而把测试溶液与内溶液分开,内溶液位于扩散膜与内玻璃pH电极或离子选择电极之间,当气体扩散进入内溶液反应达成平衡后,由内电极作出响应,所以选择性特别好。CO_2电极是最先的一种,同一原理又有所谓气隙电极,用气隙代替气透膜,传感电极表面贴有泡沫塑料润湿电解液。目前气敏电极应用普遍的有NH_3     

纳米阵列电极研究进展

从纳米阵列电极的制作、基本原理和应用 3方面综述了纳米阵列电极的研究进展。着重阐述了模板法和自组装法制作纳米阵列电极的具体过程以及纳米阵列电极的扩散电流理论 ,对纳米阵列电极在生物传感器、电化学动力学、电化学分析等方面的应用作了介绍     

锂离子电池正极材料LiMnO_2的电化学阻抗谱研究

通过球形扩散模型给出了一种测定锂离子在电极材料中固相表观扩散系数的计算方法(修正Warburg阻抗法),研究了LiMnO_2电极的交流阻抗和锂离子的扩散行为.研究表明,材料合成温度影响电极反应表面电荷传递和材料中的锂离子扩散特性.用熔盐浸渍法在500℃保温12h合成的LiMnO_2正极材料的锂离子表观扩散系数为1.49×10~(-10)cm~2/s.     

曲率对管状电极电化学行为的影响

利用隐式差分法对管状电极对流扩散方程作了数值解,通过与平板电极电化学行为的比较,分析管状电极特性,讨论了管曲率对管状电极电化学行为的影响,并给出在管状电极中使用Ｌｅｖｉｃｈ近似的条件．     

金电极析氢反应过程中吸附氢原子的表面扩散及复合反应动力学研究

用特别设计的以平面金电极为工作电极,以Nafion膜为固体电解质的实验装置,对金电极析氢反应过程中吸附氢原子的表面扩散及吸附氢原子复合为氢分子的反应进行了定量研究,发现吸附氢原子在金表面上的扩散及复合反应引起了电流增加.对这一随时间变化的电流增加数据进行计算机模拟和数值拟合,得到金电极析氢反应中吸附氢原子的表面扩散系数、复合反应常数及其它动力学参数,并对数据进行了讨论.     

带-带和带-平面电极的扩散极限电流

采用保角变换法推导了共平面的带-带电极和带-平面电极的稳态扩散极限电流及带-平面电极的稳态可逆极化曲线的分析表达式.     

纳米电极稳态电流表征的探讨

稳态循环伏安法具有简单、快速判别电极性能和估算电极尺寸的特性,因而被广泛应用于超微电极的表征.但纳米电极由于尺寸极小,其表面形貌的细微变化对电化学行为有明显的扰动,从而影响纳米电极表征的准确性.结合电化学实验和有限元模拟,探讨了纳米电极尺寸、绝缘层半径和电极半径之和与电极半径之比（RG）和尖端孔道对稳态电流的影响.研究表明尺寸较小（r ≤ 80 nm）的纳米圆盘电极,由于反应速率相对扩散较慢,电极反应过程受动力学效应控制,使稳态电流曲线偏离半球形扩散控制的标准"S"型.此外RG值较小的纳米圆盘电极,物质到电极的传递被增强,使极限电流值增大.我们对内嵌式纳米电极进行了进一步研究,并发现电极尖端孔道阻碍了电活性物质的扩散,削弱了动力学的限制,使极限电流值低于同尺度的纳米圆盘电极,伏安电流曲线呈现标准的"S"型.本研究系统地探讨了电极尖端形貌与稳态电流的相互关系,加深了对纳米电极电化学行为的理解.     

甲醛电化学传感器多孔气体扩散电极不同催化层结构与响应性能研究

多孔气体扩散电极的制备是制备甲醛电化学传感器的关键所在, 其中催化层的结构直接影响到传感器的响应性能. 通过柠檬酸三钠还原法合成了纳米金-活性炭、纳米金-碳纳米管催化剂, 制备了甲醛电化学传感器多孔气体扩散电极, 并对电极进行SEM(扫描电子显微镜)物理表征. 在甲醛气体浓度为0.24和0.63 mg/m³时, 电极C具有较好的响应, 在0.1到0.84 mg/m³浓度范围内, 线性方程为y＝10.515x＋4.4049 (R²＝0.9917), 响应时间约80 s. 分析了不同催化剂的气体扩散电极结构与甲醛响应性的关系, 为研制开发性能优良的甲醛电化学传感器奠定了基础.     

温度对掺杂球形Ni(OH)_2质子扩散的影响

应用微电极恒电位阶跃法研究了在Ni(OH) 2 电极的阳极及阴极过程反应中 ,温度对球形Ni(OH) 2 的质子扩散系数和表观扩散活化能的影响 .研究表明 ,于Ni(OH) 2 中掺杂Co和Co +Zn后可降低其阳极和阴极过程的表观扩散活化能 ,增大质子扩散系数 ,掺Co的效果更加明显 ,而掺Zn则增大表观扩散活化能 ,降低了扩散系数 .这说明前者的掺入其作用是降低了质子扩散阻力使电极的反应活性增加、而后者的掺入则是增大了质子的扩散阻力而使电极反应活性降低 .     

可逆体系中园盘微电极循环伏安法理论研究

用新的处理方法提出可逆体系微盘电极准稳态及快速循环伏安理论电流公式,新方程表示了微盘电极电流可分解成平面扩散与球面扩散传质两项之和,微盘电极上的电流特征取决于各种参数的改变。例如τ（）和ｖ。本文对微电极循环伏安法出现稳态、准稳态曲线及形成“滞后环”等原因及条件均从理论上作出解释,并进行了定量计算;文中对微电极快速循环伏安理论也有详细讨论。     

吸附物种在金纳米电极上的表面扩散

应用激光加热拉伸方法制备金纳米电极,研究了非金属物种氧和碘在金纳米电极表面的吸附以及金属铅和铜在金纳米电极表面的欠电势沉积行为,观察到吸附物种在金纳米电极上显著的表面扩散现象.     

微盘电极上计时电流的数值模拟及其验证

本文引入了一种适用于二维电化学扩散问题研究的新的数值模拟方法[有限分析(FA)法], 并对微盘电极上的二维扩散问题进行了研究。模拟了微盘电极上的可逆及准可逆过程的计时电流, 并进行了实验验证, 实验与模拟结果很好地相符。