熔融碳酸盐燃料电池水溶性隔膜的制备和性能

用水溶性粘结剂聚乙烯醇(PVA)和α-LiAlO2粉料等制备熔融碳酸盐燃料电池水溶性隔膜(PVA隔膜).粉料的水合作用导致PVA隔膜的孔隙率和热失重均比PVB(聚乙烯醇缩丁醛)隔膜的大,但前者的最大孔径却比后者的小.当反应气压为0.9MPa,反应气体利用率为20%,分别于300和428.57mA·cm-2下放电时,PVA隔膜电池输出电压分别为0.849和0.739V;输出功率密度分别为254.7和316.7mW·cm-2,高于PVB隔膜电池的.经10次热循环启动,电池性能出现下降—回升—稳定的变化.这可能是PVA隔膜高温失水引起隔膜电导变化所致.     

Cu/Cu2+沉积型电极在流动酸性电解液中的电化学性能

在流动的高浓度硫酸铜酸性溶液中, 研究了H2SO4浓度、 温度和CuSO4浓度对Cu/Cu2+沉积型电极在石墨基体上电化学性能的影响. 结果表明, 沉积型铜电极反应受控于阴极沉积过程, 室温下动力学过程较慢, 但铜沉积致密, 不易形成枝晶和海绵状铜. 适当提高H2SO4和CuSO4浓度及反应温度可降低铜沉积的极化, 改善其动力学特征; 但Cu离子的溶解度受限于H2SO4浓度, CuSO4浓度提升空间有限. 优化电解液组成为2.5 mol/L H2SO4＋0.7 mol/L CuSO4, 反应温度45 ℃. 在此条件下, 铜在石墨基体上沉积/溶解的交换电流密度提高1个数量级, 具有良好的动力学特征, 单电极充放电电压差降低近50%, 能量效率超过80%.     

全钒液流电池高浓度下V(IV)/V(V)的电极过程研究

采用循环伏安、低速线性扫描和阻抗技术, 以石墨为电极, 研究了V(IV)/V(V)在较高浓度下的电极过程. 结果表明, 采用2.0 mol•L-1 的V(IV)溶液时, H2SO4浓度低于2 mol•L-1, V(IV)/V(V)反应极化大, 可逆性差, 表现为电化学和扩散混合控制; H2SO4浓度增至2 mol•L-1以上, V(IV)/V(V)反应的可逆性提高, 转为扩散控制, 且增加H2SO4浓度有利于阻抗的降低; 但H2SO4浓度超过3 mol•L-1, 溶液的粘度和传质阻力大, 阻抗反而增大. 在3 mol•L-1的H2SO4中, 随着V(IV)浓度的增加, 体系的可逆性和动力学改善, 阻抗减小; 但V(IV)浓度超过2.0 mol•L-1, 较高的溶液粘度导致溶液的传质阻力迅速增加, V(IV)/ V(V)的电化学性能衰减, 阻抗增大. 因此, 综合考虑电极反应动力学和电池的能量密度两因素, V(IV)溶液的最佳浓度为1.5～2.0 mol•L-1, H2SO4浓度为3 mol•L-1.     

水系锂离子电池负极材料LiTi_2(PO_4)_3/C的合成与电化学性能

采用Pechini法合成了纳米LiTi2(PO4)3,以聚乙烯醇(PVA)为碳源,探讨了不同碳源分散方式下制备的碳包覆LiTi2(PO4)3电极电化学性能的影响因素.结果表明,纳米LiTi2(PO4)3的电化学性能主要取决于本身晶相的纯度和结晶度,其次为LiTi2(PO4)3颗粒表面碳包覆层的均匀程度.采用旋转蒸发的碳源分散方式制得的纳米LiTi2(PO4)3晶相纯度高,结晶度好,LiTi2(PO4)3颗粒表面碳包覆层均匀,电化学性能最优.4C倍率下首次放电容量达到123mA·h/g,充放电循环200次容量保持率在85%以上.     

高功率超级电容器用介孔炭电极材料

以纳米CaCO3为模板、蔗糖为前躯体制备超级电容器用介孔炭电极材料.材料的结构由氮吸附、TEM表征,借助恒流充放电、循环伏安和交流阻抗评价了其在6 mol.L-1KOH电解液中的电化学电容性能.结果表明,蔗糖基介孔炭的比表面积606 m2/g,富含10~30 nm的介孔.恒流放电法测得介孔炭在电流密度50 mA/g下的比电容为125 F/g,大电流倍率性能特别突出.电流密度增大到20 000 mA/g,比电容还保持有88F/g,远高于进口电容炭,该介孔炭是一种很有前景的高功率超级电容器炭电极材料.     

PEMFC电极中表面扩散现象的初步研究

制作双催化层结构的PEMFC电极.该双催化层由含有Nafion的内催化层、无Nafion的外催化层组成.循环伏安测试表明,未与Nafion直接接触的外催化层Pt/C催化剂也参与发生在"Pt/Nafion"界面氢原子的吸脱附反应和Pt表面含氧粒子的电化学氧化还原.当电势扫描速率较低时,未与Nafion直接接触的外层Pt/C催化剂,其对氢脱附电流的贡献和直接与Nafion接触的内催化层的Pt/C催化剂大致相当.以双催化层电极作PEMFC阴极,单电池(PEMFC)极化曲线测试表明,其阴极外催化层能明显地提高该单电池在活化极化区的输出性能.进一步证明了PEMFC阴极外催化层不与Nafion直接接触的Pt/C催化剂可通过其表面吸附含氧粒子的表面扩散参与发生在"Pt/Nafion"界面氧的电化学还原反应.上述实验为设计PEMFC电极提供了一定的新思路.     

活性炭表面担载氧化锰复合电极的电化学电容性能

通过在两种商品活性炭XC-72(比表面250m2·g-1)和YEC-8(比表面1726m·2g-1)电极表面涂刷Mn(NO3)2,并在200℃进行热分解得到表面担载氧化锰的复合材料电极.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征电极的形貌和氧化锰的晶体结构,采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗考察了不同电极的电化学电容性能.结果表明,Mn(NO3)2在200℃的热解产物是α-Mn2O3和α-Mn3O4的混合物.当C和MnOx的质量比为2∶1和9∶1时,XC-72/MnOx中氧化锰的比电容分别达到499和435F·g-1,YEC-8/MnOx中氧化锰的比电容分别达到554和606F·g-1,表明氧化锰的赝电容对电极比电容的贡献十分显著.     

采用解离的氢原子作为还原剂制备高氧还原电催化性能的Pd核@Pt壳纳米结构

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种清洁、高效的能源转化装置,已经备受学术界与产业界的关注.然而,高活性、高稳定性与低成本的铂基阴极氧还原(ORR)电催化剂的缺乏,严重限制PEMFC的大规模商业化应用.为提高贵金属铂的电催化性能,核壳纳米结构的研究受到广范关注.然而,核壳纳米结构的制备过程通常需要采用有机前驱体、表面活性剂与较高的反应温度,导致大多核壳结构制备方法的大规模应用受到限制.我们在室温下无表面活性剂与高沸点溶剂的参与下,通过钯表面吸附的解离的氢原子来还原K2PtCl4,得到Pd核@Pt壳纳米结构.通过改变加入K2PtCl4的量,可以成功控制壳的厚度;通过透射电子显微镜(TEM)观察得知,我们制备了铂壳厚度分别为0.45,0.75,0.9 nm的核壳结构.Pd核@Pt壳纳米结构的良好的纳米晶体结构与外延生长模式,通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)与能量色散谱仪(EDS)得到证实.同时,所制备Pd核@Pt壳样品的核壳结构通过高角环形暗场-扫描透射-元素分布(HAADF-STEM-EDX)表征方法,得到证实.X射线粉末衍射(XRD)表征证实,样品Pd核@Pt壳并无单独的Pd或Pt衍射峰出现,而是表现出良好的同种晶相结构;相对于单质Pt,样品中Pd核的存在导致Pd核@Pt壳核壳结构表现出一定程度的晶格紧缩.X射线光电子能谱(XPS)表明,钯核的存在导致铂壳的电子结合能增大,并且当铂壳厚度增大到一定程度后,核壳结构引起的电子效应维持不变.通过XPS分峰拟合可知,Pd核@Pt壳结构中零价态的铂含量均在80%以上,并且零价态的铂含量随着铂壳层厚度的增大而增大.采用电感耦合等离子体(ICP)与XPS,发现铂的表面富集现象,并且铂表面富集现象随着铂壳层厚度的增大而增大.在半电池中,经过循环伏安扫描活化,Pd核@Pt壳表现出明显的铂的氢吸附与脱附特征峰,再次证明了铂壳层的成功包覆.Pd核@Pt壳纳米颗粒表现出优于Pt/C(JM)的面积比活性、质量比活性及电化学稳定性.核壳结构的良好的ORR电催化性能,来源于催化剂表面含氧物种吸附强度的减弱;上述现象归因于钯核与铂壳之间的电子效应与晶格应力效应.此处简易、清洁的核壳结构制备方法也可以用来在温和条件下制备Ni核@Pt壳等核壳结构.     

新型锂电池正极材料多硫代聚苯胺的制备和电化学性能

通过聚苯胺合成了多氯代聚苯胺以及锂电池正极材料多硫代聚苯胺,利用元素分析、红外光谱、X射线光电子能谱和扫描电镜对反应产物多氯代聚苯胺和多硫代聚苯胺进行了化学结构和形貌分析.XPS结果表明,多硫代聚苯胺没有明显的π-π^*电子离域现象.多硫代聚苯胺的主链聚苯胺对侧链S-S未发现有明显的电化学催化作用.多硫代聚苯胺的充放电曲线及其微分曲线表明,其在充放电过程中可能存在3个连续的氧化还原反应过程,在2.07V处有一个明显的放电电位平台.放电比容量在30次循环中能够维持在181-187mA.h/g之间,循环效率达到94%.     

电解液离子与炭电极双电层电容的关系

以酚醛树脂基纳米孔玻态炭(NPGC)为电极, 通过微分电容伏安曲线的测试, 研究了水相体系电解液离子与多孔炭电极双电层电容的关系. 结果表明, 稀溶液中, 多孔炭电极的微分电容曲线在零电荷点(PZC)处呈现凹点, 电容降低, 双电层电容受扩散层的影响显著；若孔径小, 离子内扩散阻力大, 电容下降更为迅速, 扩散层对双电层电容的影响增大. 而增大炭材料的孔径或电解液浓度, 可明显减弱甚至消除扩散层对电容的影响. 炭电极的单位面积微分电容高, 仅表明孔表面利用率高, 如欲获得高的电容量, 还要有大的比表面积. 离子水化对炭电极的电容产生不利影响, 选用大离子和增大炭材料的孔径, 可有效降低离子水化对炭电极电容性能的影响.