全Pd催化剂质子交换膜燃料电池

用改良的浸渍法合成了多种不同合金度的碳载PdCu纳米粒子, 考察其对氧还原和氢氧化反应的催化行为, 并择优应用到质子交换膜燃料电池(PEMFC)中. 研究发现, 阳极采用Pd₈₀Cu₂₀/C催化剂, 阴极采用Pd₉₀Cu₁₀/C催化剂组装的单电池在65℃下最大功率密度接近204 mW/cm².     

YSZ传导膜H_2S固体氧化物燃料电池

研究了Y2O3稳定的ZrO2(YSZ)氧离子传导膜H2S固体氧化物燃料电池性能。掺杂NiS、电解质、Ag粉和淀粉制备了双金属复合MoS2阳极催化剂,掺杂电解质、Ag粉和淀粉制备了复合NiO阴极催化剂,用扫描电镜对YSZ和膜电极组装(MEA)进行了表征,比较了不同电极催化剂的性能和极化过程,考察了不同温度对电池性能的影响。结果表明,双金属复合MoS2/NiS阳极催化剂在H2S环境下比Pt和单金属MoS2催化剂稳定,复合NiO阴极催化剂比Pt性能好,在电极催化剂中加入Ag可显著提高电极的导电性;与Pt电极相比,复合MoS2阳极和复合NiO阴极催化剂的过电位较小,阳极的极化比阴极侧小;温度升高,电池的电流密度与功率密度增加,电化学性能变好。在750℃、800℃、850℃和900℃及101.13 kPa时,结构为H2S、(复合MoS2阳极催化剂)/YSZ氧离子传导膜/(复合NiO阴极催化剂)、空气的燃料电池最大功率密度分别为30 mW/cm2、70 mW/cm2、155 mW/cm2及295 mW/cm2、最大电流密度分别为120 mA/cm2、240 mA/cm2、560 mA/cm2和890 mA/cm2。     

用于质子交换膜燃料电池催化剂结构研究的原位XAFS实验方法

依托上海光源的X射线吸收精细结构(XAFS)谱学线站(BL14W1),建立并发展了用于氢-氧质子交换膜燃料电池(PEMFC)原位XAFS实验的测试装置,以Pt/C纳米催化剂作为PEMFC的阴极催化剂, Pd/C作为燃料电池的阳极催化剂,采集在工作状态下的阴极催化剂的XAFS数据,同步监测燃料电池的电流-电压(J-V)曲线和功率密度曲线,观察到Pt/C催化剂在反应过程中不同电位下氧化态的变化,在高电位下Pt/C催化剂的表面存在较强的Pt-O键,降低了Pt/C催化剂的性能.本文同时也验证了我们所建立的实验装置和研究方法的可行性和可靠性.     

共压直接成型法制备单腔体固体氧化物燃料电池

采用共压直接成型法制备单腔体固体氧化物燃料电池(SC-SOFC),单电池结构为Ni-YSZ/YSZ/LSM,YSZ为8%(x)Y2O3稳定的ZrO2,LSM为锰酸镧锶(La0.7Sr0.3MnO3).应用扫描电子显微镜(SEM)研究了电池微观结构,结果表明:阴极和电解质之间结合紧密,LSM在阴极YSZ三维骨架上负载性能良好;YSZ电解质薄膜厚约50μm,阳极厚约600μm,阴极层厚约100μm.研究了单电池反应温度T,阴极催化剂负载层数n,甲烷和氧气混合体积比Rmix对电池输出性能的影响规律.在T=800℃、n=2、Rmix=2时,电池性能达到最佳,开路电压为0.95V,最大电流密度为130mA·cm-2,最大功率密度为30mW·cm-2.     

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.     

碳纤维基PtSn催化剂直接乙醇燃料电池制备及性能研究

采用自制的碳纤维基PtSn催化剂薄膜作为阳极催化剂,商用Pt/C作为阴极催化剂,Nafion 115膜作为质子交换膜,通过热压制成膜电极,组装平板型直接乙醇燃料单电池,搭建测试系统并进行性能的测试,研究了温度、乙醇浓度、溶液流量、进气流量等参数对DEFC的影响。结果表明,当乙醇溶液浓度为1.0 mol/L、溶液进样流量为1.0 mL/min、溶液温度为80 ℃、氧气进样流量为100 mL/min时结果较优,单电池的最高功率密度达18.2 mW/cm²。     

一种新型的甲酸/铁离子燃料电池

以甲酸为燃料、 Fe³⁺为氧化剂组成了一种新型的甲酸/铁离子燃料电池, 阳极催化剂为多壁碳纳米管(MWCNT)或β-环糊精修饰的MWCNT(β-CD-MWCNT)负载的金属钯或钯锡纳米颗粒: PdSn/MWCNT, Pd/β-CD-MWCNT和PdSn/β-CD-MWCNT. 运用循环伏安(CV)和计时电流(CA)等技术研究了各催化剂在碱性条件下对甲酸氧化反应的电催化活性. 结果表明, 加入适量的金属锡能促进钯对甲酸的电催化氧化, 甲酸氧化电位提前, 电流密度增加; 环糊精的改性对催化剂电催化活性有一定提升. 将上述催化剂制成电池阳极片, 碳粉制成电极阴极片, 组成甲酸/铁离子燃料电池并测试其放电性能. 结果表明, 电池的开路电压在0.981.20 V之间; 以PdSn/β-CD-MWCNT为阳极时, 其最大放电电流密度达50 mA/cm², 最大功率密度达12.6 mW/cm², 远优于以Pd/C为阳极的电池性能.     

氧化镧作为直接硼氢化物燃料电池阴极催化剂的研究

通过采用线性电势扫描(LSV)和恒电流计时电势扫描方法对氧化镧作为直接硼氢化物燃料电池阴极催化剂的电化学性能进行了研究.实验结果表明:在单室燃料电池体系中,氧化镧对氧还原具有良好的活性,同时在强碱溶液中对硼氢根离子具有很强的稳定性且对硼氢根的水解没有任何促进作用.以镍基储氢合金作为电池的阳极催化剂组装成简单的单室燃料电池,电池的开路电压达到1.052 V,在常温下(21℃),电池于0.491 V获得最高功率密度65.25 mW·cm-2,电池运行稳定.     

不锈钢网阴极微生物燃料电池的产电性能研究

构建了一个以曝气池污泥为阳极接种微生物、碳毡为阳极、无任何修饰的不锈钢网为阴极的双室微生物燃料电池. 通过输出电压、功率密度以及电化学阻抗等考察了阴极面积对电池产电性能的影响,并对电池的长期运行稳定性进行评价. 研究结果表明,不锈钢网作为微生物燃料电池的阴极性能稳定. 当不锈钢网面积为2 × 2 cm²时,最大输出电压达到0.411 V,功率密度为0.303 W•m^-2,内阻841 Ω,极化内阻80 Ω. 增大阴极面积至2 × 4 cm²,最大输出电压能达到0.499 V,内阻减小至793 Ω. 不锈钢网价格便宜,具有长期运行稳定性,适宜做MFCs的阴极.     

废旧金属网阴极微生物电解池产氢性能及阳极微生物群落结构分析

为寻找质优价廉的析氢催化剂,本研究以废旧金属网为单室微生物电解池(MEC)阴极,在不同外加电压下考察其制氢性能. 同时利用16S rDNA扩增测序技术分析原接种污泥、MFC和MEC阳极微生物的菌落特点. 实验结果表明,随着外加电压的增大,MEC产生的最大电流密度和周期运行时间分别呈现增大和缩短的趋势. 外加0.7 V电压时,废旧金属网阴极MEC的氢气产率和电能回收率分别达到0.330±0.012 m³H₂·m^-3·d^-1和177.0±5.6%,远高于0.5 V时的数值,与0.9 V时相差不大. 废旧金属网阴极MEC的产氢能力可以和Pt/C阴极MEC相媲美,且具有良好的运行稳定性. 16S rDNA扩增测序结果显示培养环境对微生物的富集与淘汰有很大影响. 在外加电场环境中MEC阳极的优势菌落地杆菌属(Geobacter)得到很大程度富集,相对丰度高达79.4%以上.     

燃料电池技术的发展与我国应有的对策

本文介绍了几种主要类型燃料电池的最新进展，基于世界发展趋势和我国具体情况，作者在碱性燃料电池，磷酸型燃料电池，溶融碳酸盐电池和聚合物电解质燃料电池方面提出了相应对策。以促进我国燃料电池的研究与开发。     

高密度航空航天燃料合成化学

高密度液体碳氢燃料是为提高航空航天飞行器性能(航程、载荷、速度)而人工合成的燃料,与常规燃料(例如航空煤油和火箭煤油)相比,具有高密度和高体积热值等优点,具有重要的应用价值。本文首先从分子结构的角度阐述高密度燃料的特征及合成策略,然后综述了几类典型燃料的合成进展,包括通过加成、加氢、异构等反应合成多环烃类燃料和烷基金刚烃类燃料,通过环丙烷化和光化学等反应合成高张力燃料(环丙烷燃料、四环庚烷燃料和五环十一烷燃料),通过聚合、缩合、烷基化等反应合成高密度生物质燃料,通过纳米颗粒表面改性制备含有硼、铝、碳等固体颗粒的纳米悬浮燃料。同时,也总结了一些重要反应涉及的催化剂和量子化学机理,以及代表性燃料的性能参数等。最后,在此基础上对高密度燃料合成化学的发展趋势进行了展望。     

纳米金属燃料

应用纳米技术制备的纳米金属燃料已应用到社会生活和高科技领域。本文简单介绍它的热力学、制备方法和在各种领域中的应用。     

Recovery of diesel fuel from soil by supercritical fluid extraction–gas chromatography

An analytical method based on CO₂ supercritical fluid extraction (SFE) followed by gas chromatography (GC) was evaluated, compared to Soxhlet extraction, and found to determine accurately and precisely diesel fuel contamination of standard soil samples at a total petroleum hydrocarbon level of 100 μg/g in soil. While both extraction methods have the same 3% relative repeatability standard deviation for determination of total hydrocarbon contamination at this level, SFE requires much less time, uses less organic solvent and provides better recovery of the more volatile n-C₁₀ to n-C₁₂ hydrocarbons.     

便携式200W至500W质子交换膜燃料电池电源系统研制

本文详细介绍了便携式质子交换膜燃料电池电源系统 4个组成部分的研制 :1 )燃料电池堆 ;2 )空气供应 ;3 )氢源 ;4 )散热与控制并与其他储能化学电源的性能特点作了比较 .实验表明 ,本电源系统性能优异 ,稳定可靠     

由生物质合成高密度喷气燃料

高密度喷气燃料是为先进航空航天飞行器而合成的燃料,以生物质基原料制备高密度喷气燃料符合国家可持续发展战略并可拓展燃料来源。本文综述了近年来由生物质基原料制备高密度喷气燃料的研究进展,燃料种类包括链烷烃、带支链的单环烷烃以及多环烷烃,燃料合成原料包括环酮（醇）、呋喃醛（醇）、芳香族含氧化合物（苯酚、苯甲醚、愈创木酚）、蒎烯等生物质及其平台化合物。发动机的推进性能高度依赖于所用燃料的性能,其中,最重要的性能是密度和低温性能。本文总结了典型燃料的性能以讨论分子结构的影响,增加燃料分子中环的个数会增加燃料密度但是也会导致低温性能不期望的变化,引入支链可改善低温性能。同时讨论了烷基化、缩合、加成、加氢脱氧等燃料合成反应涉及的催化剂、反应机理及其调控等关键因素,最后对由生物质基原料合成高密度喷气燃料的发展趋势进行了展望。本文将有助于探索及发展高密度燃料合成的方法及工艺。     

钙钛矿材料在固体氧化物燃料电池燃料重整中的应用

固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）是通过电化学反应将化石燃料（煤、石油和天然气等）、生物质燃料或其它碳氢燃料中的化学能直接转换为电能的发电装置,能量转换效率更高、污染更低,被公认为21世纪高效绿色能源技术. 但直接以碳氢化合物为燃料时,镍基阳极中容易产生积碳,从而失去电化学催化活性. 在阳极外侧进行一次燃料的预重整是一种行之有效的解决办法,其中高效稳定的重整催化剂至关重要. 本文将结合本课题组的研究进展对钙钛矿催化剂在燃料重整中的应用进行概述,并提出自己相应的观点和展望.     

燃油燃料含硫化合物形态分布剖析技术研究进展

介绍了目前用于燃油、燃料(如汽油、柴油、煤油、喷气燃料)的硫化物形态分布剖析的多种分析技术,包括电化学方法和气相色谱与多种选择性检测器联用的方法(如GC - FPD、GC - AED、GC - SCD、GC - MS等),并对各种分析技术的研究现状进行了概述.     

Hydrometallurgical Reprocessing of BREST-OD-300 Mixed Uranium-plutonium Nuclear Fuel

The duration of external fuel cycle of BREST-OD-300 reactor with mixed U-Pu nitride fuel (MNIT) including hydrometallurgical reprocessing should not exceed 3 years. An average burnup of the fuel should be 6% of heavy metal (HM) with the potential increase up to 10% HM. Therefore, the technology should provide the reprocessing of spent nuclear fuel (SNF) after less than 2 years cooling time and with fissile materials (FM) content of 10 – 15%. Pellets technology has been chosen for the MNIT fuel production. That means necessity to receive the recycled actinides oxides of high purification coefficient (∼ 10⁶). Currently on a laboratory scale, the following process stages have been tested on the real products: actinide oxides production and rare-earth and trans-plutonium elements separation. Moreover, on a pilot scale the process of high level radioactive waste (HLW) and intermediate level radioactive waste (ILW) concentration by evaporation has been tested, as well as the Am-Cm separation. In 2015, the design of the MNIT SNF reprocessing facility has been started, placed at the JSC Siberian Chemical Plant site as a part of the pilot demonstration power complex (PDPC) with BREST-OD-300 reactor. MNIT SNF reprocessing plant (RP) should be put in operation after 2020.     

质子交换膜燃料电池及电池组模型分析

本文对现有质子交换膜燃料电池以及电池组模型进行比较分析,认为数学模型的建立,可以增加对燃料电池及电池组内部的传递现象和反应机理的认识,同时可以预测电池以及电池组的性能,并且对优化电池结构参数具有指导意义.模型分析包括了现阶段质子交换膜燃料电池单电池模型和电池组模型的基本类别,它们是单电池CFD数值模拟模型、单电池以及电池组性能模拟模型、燃料电池组气体分配模型、系统模型和非稳态模型.比较了几种模型的建模方式及不同模型的应用范围和各自的优缺点.