一体式可再生燃料电池双功能氧催化剂的研究进展

双功能氧催化剂的催化活性及稳定性是决定一体式可再生燃料电池能否高效运作的关键因素之一。得益于分别对于氧还原及氧析出反应特定中间产物适当的结合能，铂与铱、钌及其氧化物所制成的贵金属催化剂常被应用于一体式可再生燃料电池中作为双功能氧催化剂。同时，近年来对于非铂族双功能氧催化剂的研究也取得了较大进展。本篇综述从一体式可再生燃料电池中氧还原及氧析出反应的作用机理出发，首先着重对传统铂基双功能催化剂的构效关系进行了总结，其次介绍了钙钛矿型、尖晶石型氧化物、非金属等新型双功能氧催化剂的发展趋势。此外，本文对于该研究领域所存在的限制条件和发展路线也进行了总结与展望。     

光助燃料电池的研究进展

化石燃料的大量开采和利用所导致的能源与环境问题是当今社会可持续发展必须面对的两大挑战. 燃料电池通过电化学反应将燃料中的化学能直接转化为电能, 是目前清洁高效的可再生能源转化装置. 光助燃料电池将光响应成分引入到燃料电池中, 可以实现光能/电能和化学能/电能的双重转化, 从而有效提高能源利用效率, 是未来能源转化装置的发展方向, 在实际应用方面具有重要意义和广阔前景. 本文对光助燃料电池进行了简要综述, 重点介绍了我们小组近些年来在该领域的相关研究进展, 总结了目前存在的一些问题, 并对其发展趋势进行了展望.     

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     

再生燃料电池的研究与应用

与传统二次电池（铅酸蓄电池、锂电池）相比,再生燃料电池在储能时间、能量密度、使用寿命和环境保护方面占有优势,可广泛应用于航天、军事领域和现场蓄能系统。本文介绍了再生燃料电池的原理、分类和应用情况,详细阐述了再生燃料电池双效电极和双效电极催化剂的制备方法以及水热管理的研究进展,指出再生燃料电池的不足之处并进行了展望。     

后处理技术提升燃料电池催化剂稳定性

燃料电池属于一种可再生的新能源技术,不经过热机过程,不受卡诺循环限制,通过电极和电解质界面的化学反应直接将燃料的化学能转化为电能,所以能量转化效率高,且没有噪声和污染。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是燃料电池中应用最广泛的一类,但PEMFC仍然存在一些问题,如成本高、功率密度低和催化剂稳定性差等。因此实现质子交换膜燃料电池大规模应用,研究开发高活性和高稳定性的催化剂是重中之重。针对燃料电池催化剂高活性和高稳定性的要求,本文综述了燃料电池催化剂的研究进展和性能改进方法。从活性组分和载体两个角度对提升燃料电池稳定性的方法展开论述。通过减小活性组分颗粒的直径、制备具有特定取向表面的铂颗粒、铂与过渡金属的合金化、载体的改性等方式来改善催化剂的性能。最后提出了燃料电池催化剂未来的发展方向以及在实际应用过程中面临的主要问题。     

碳载铂基催化剂乙二醇燃料电池研究进展

对清洁能源替代品的迫切需求推动了人们对燃料电池以及电极催化剂的研究。近年来以改性碳基材料为载体的铂和铂合金催化剂,由于其在大多数燃料电池中性能优异而受到广泛关注。与甲醇和乙醇相比,乙二醇 (Ethylene glycol, EG)很容易从生物质和可再生能源中生产,并且具有优异的反应性能及更高的安全性,是一种很有吸引力的燃料。本文综述了近年来酸性和碱性直接乙二醇燃料电池(Direct ethylene glycol fuel cells, DEGFC)的研究进展,包括DEGFC的结构、铂与不同铂合金在EG中电氧化机理、碳负载铂和铂基EG氧化电催化剂应用特点以及其组装成单电池的性能等等。最后指出了DEGFC发展中需要解决的问题并对未来前景进行了展望。     

电解水演示实验的创新设计

设计了一个全新的电解水演示实验,将太阳能电池、电解水制氢、氢氧燃料电池一体化构成一个整体的演示实验,可以帮助学生系统了解与氢相关联的储能用能技术和基于氢的洁净能源的开发和应用,激发学生利用化学知识服务于国家绿色发展理念的使命担当。     

燃料电池技术发展现状与展望

燃料电池是一种高效、清洁的电化学发电装置,近年来得到国内外普遍重视.本文详细阐述了燃料电池的近期研究进展与未来面临的挑战及发展方向。燃料电池在宇宙飞船、航天飞机、潜艇动力源已经得到应用;在汽车、电站及便携式电源等民用领域展现了成功的示范,但低成本、长寿命仍然是商业化面临的瓶颈问题.未来我国应大力推进燃料电池在水下潜器、航天飞行器等特殊领域的应用,解决高可靠性与安全性及环境适应性等关键问题;同时,在民用领域要实现燃料电池寿命与成本兼顾,从材料、部件及系统等3个层次深入技术改进与创新,尽快推进燃料电池的商业化.     

燃料电池纳米催化剂的稳定化

低温燃料电池是理想的移动式电源,它所采用的电催化剂主要为Pt基贵金属纳米催化剂。提高纳米催化剂在电池内部环境中的稳定性、抑制其活性衰减,对于延长低温燃料电池的使用寿命和节约成本具有十分重要的意义。本文从三个方面综述了近年来在低温燃料电池纳米催化剂稳定化方面的研究进展。首先,通过载体效应实现催化剂的稳定化,包括碳载体的石墨化、碳载体的掺杂、表面功能化及其他载体的采用等。其次,通过空间效应实现催化剂的稳定化,包括催化剂粒子表面覆盖、催化剂粒子微孔嵌入、催化剂表面杂多酸单层自组装及聚合物电解质空间阻隔等。再其次,通过协同效应实现催化剂的稳定化,包括提升金属粒子的氧化电位、强化组分间的相互作用等。最后,对低温燃料电池纳米催化剂稳定化的发展前景进行了展望。     

微型质子交换膜燃料电池

针对近期微能源领域对微型质子交换膜燃料电池的各种应用,特别是在移动电子产品中的应用研究日益受到重视,本文较为详细地介绍了各国、特别是美国、日本和欧洲等国家开展微型燃料电池研发的特点和趋势,并对微型质子交换膜燃料电池研发过程中存在的困难及商业化前景作了简要分析。     

再生氢氧燃料电池

再生氢氧燃料电池作为一种比能量高、使用寿命长的新型贮能电池引起了世界各国的广泛重视,作为贮能电池已通过航天模拟实验,并可望转为民用。本文介绍了再生氢氧燃料电池的原理、结构、分类及其特点,并对其主要技术问题及发展方向进行了分析。     

Recent advances of layered double hydroxides–based bifunctional electrocatalysts for ORR and OER

The oxygen reduction reaction (ORR) and the oxygen evolution reaction (OER) have attracted increasing attention for the sake of clean, renewable, and efficient energy technologies in recent years. The design of ORR/OER bifunctional electrocatalysts is a challenging task in the promotion of highly efficient rechargeable metal-air batteries as well as regenerative fuel cells. Owing to the wide adaptability of different types and ratios of metals in the interlayer space as well as the adjustable interlayer distance, composite materials with layered double hydroxides (LDHs) and their derivatives have recently been registered as electrode materials and catalysts supports for various electrochemical reactions. This study examines the recent development of bifunctional electrocatalysts based on LDHs for ORR/OER to expand the application of LDHs in the field of energy storage and conversion. Various bifunctional electrocatalysts associated with LDHs are discussed in detail to improve their performance. Finally, existing problems and future prospects for improving the performance of LDHs bifunctional electrocatalysts are proposed.     

电化学储能研究22年回顾

本文回顾了22年来作者的电化学储能研究活动,共分三个部分. 第一部分叙述高比能量、高比功率储能器件研究,包括锂硫电池研究（硫复合正极材料、锂硫电池制作、锂硼合金作为锂硫电池负极、硫-锂离子电池新体系）、超级电容器研究（超级活性炭、以酚醛树脂为原料制备电容炭、碳纳米管阵列中寄生准电容储能材料、氧化镍干凝胶准电容储能材料、归纳出电容炭材料的性能要求、电容器研制、确定“第四类”超级电容器）、锂离子电池研究（锂离子电池与可再生燃料电池的对决、双变价元素正极材料、磷酸钴锂正极材料、高功率锂离子电池的制作）. 第二部分叙述规模储能电池研究,包括液流电池新体系研究（蓄电与电化学合成的双功能液流电池、全金属化合物单液流电池、有机化合物正极的单液流电池）、致力于振兴铅酸电池（推广铅蓄电池新技术、铅炭电池的研究、铅酸电池新型板栅的研究）,储能电池（站）的经济效益计算方法. 第三部分叙述电动汽车发展路线研究,包括氢能燃料电池电动汽车、纯电动汽车与混合动力汽车、对我国电动汽车发展路线的建议、力争电动汽车补贴的合理化、坚守电动汽车“节能减排”宗旨、提出“发电直驱电动车”. 最后的结束语谈了三点感悟.     

钠离子电池用铁基正极材料的研究进展

气候变化和化石燃料枯竭等问题将促进新型绿色能源的开发和利用。因此,高效率、低成本、安全的储能系统,得到了越来越多的关注和研究。在各类储能系统中,二次电池是存储电能、为电子设备供电的最理想选择。目前,锂离子电池(LIBs)的应用最广泛。然而,地球上锂资源的短缺和分布不均造成的成本较高,急需研究和开发其他高性能的新型二次电池。钠元素具有地壳中储量丰富、均匀且与锂具有相似化学性质等优势,使得钠离子电池(SIBs)成为了取代LIBs最有前景的备选二次电池之一。然而,钠离子的体积较大、离子传导动力学更缓慢、导电性更差等问题,限制了SIBs高性能的实现,这是目前研究的难点和重点。此外,铁具有储量丰富、环境友好的特点,其在SIBs中的应用引起了电池领域科研工作者的广泛关注。因此,寻找良好的铁基正极材料成为SIBs高性能电极材料开发的一个重要研究方向。本综述对近年来SIBs铁基正极材料方面的研究进展进行了总结,并按照聚阴离子型化合物、过渡金属氧化物、普鲁士蓝及类似物和氟化物分类,进行了系统的阐述和分析。     

Vibrational study of some solid protonic superionic conductors

During the last few years superionic protonic conductors roused a great interest because of their potential use in energy storage and conversion systems. They can be used as solid electrolytes in fuel cells, batteries or as constituents of hydrogen monitors, electrochromic displays or capacitors (ref. 1, 2). Vibrational spectroscopy has been shown to be a very useful tool of investigation of these systems and can provide information about the structure of protonic species and the mechanism of structural phase transitions and conductivity. This paper is reporting some spectroscopic results concerning three types of protonic conductors: hydrogen beta alumina, hydrated uranyl phosphate and cesium hydrogen sulphate.     

A review of transition metal‐based bifunctional oxygen electrocatalysts

Electrochemical energy storage and conversion devices play a key role in the development of clean, sustainable, and efficient energy systems to meet the sustainable growth of our society. However, challenging issues including the sluggish kinetics of oxygen electrode reactions involving the oxygen reduction reaction (ORR) and the oxygen evolution reaction (OER) are present, limiting the implementation of devices such as metal‐air batteries, water electrolyzers, and regenerative fuel cells. In this review, various monometallic and bimetallic transition metal oxides (TMOs) and hydroxides are summarized in terms of their application for ORR/OER, in which the merits and demerits of various precious metal and carbon‐based metal oxide materials are discussed, with requirements for better electrocatalysts and catalyst support being introduced as well. Following this, different approaches to improve catalytic activity such as the introduction of doping and defects, the manipulation of crystal facets, and the engineering of supports, compositions, and morphologies are summarized in which TMOs with improved ORR/OER catalytic activities can be synthesized, further improving the speed, stability, and polarization of electrochemical energy storage and conversion devices. Finally, perspectives into the improvement of performance and the better understanding of ORR/OER mechanisms for bifunctional electrocatalysts using in situ spectroscopic techniques and density functional theory calculations are also discussed.     

纳米尺度扫描电化学显微镜的探针制备及在电催化氧和氢反应研究中的应用

扫描电化学显微镜是一种在检测样品表面物理形貌的同时能提供丰富的电化学信息的扫描探针技术,由于超微电极的引入,它可以高时空分辨率地探究各类样品的物理形貌和电化学性能之间的构效关系. 随着现代纳米科技的不断发展,扫描探针的尺寸也逐渐从亚微米发展到纳米级别. 与此同时,高效优选各类氧反应和氢反应电催化材料,明晰其电化学反应过程和性能是二十一世纪绿色新能源转换存储系统（如可再生燃料电池、金属空气电池等）的重要研究方向. 本文首先概括了可应用于扫描电化学显微镜的纳米级扫描探针的制备及发展,之后着重介绍了近四年纳米尺度扫描电化学显微镜在电催化氧反应和氢反应研究中的一些最新研究进展. 最后以点窥面,对未来纳米尺度扫描电化学显微镜的未来发展趋势作了展望.     

Integrated Photoelectrochemical Solar Energy Conversion and Organic Redox Flow Battery Devices

Building on regenerative photoelectrochemical solar cells and emerging electrochemical redox flow batteries (RFBs), more efficient, scalable, compact, and cost‐effective hybrid energy conversion and storage devices could be realized. An integrated photoelectrochemical solar energy conversion and electrochemical storage device is developed by integrating regenerative silicon solar cells and 9,10‐anthraquinone‐2,7‐disulfonic acid (AQDS)/1,2‐benzoquinone‐3,5‐disulfonic acid (BQDS) RFBs. The device can be directly charged by solar light without external bias, and discharged like normal RFBs with an energy storage density of 1.15 Wh L^?1 and a solar‐to‐output electricity efficiency (SOEE) of 1.7 % over many cycles. The concept exploits a previously undeveloped design connecting two major energy technologies and promises a general approach for storing solar energy electrochemically with high theoretical storage capacity and efficiency.