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介孔碳载体缓解碱性聚电解质燃料电池阳极水淹
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作者 江文涌 葛创新 +3 位作者 王功伟 陆君涛 肖丽 庄林 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第2期51-58,共8页
碱性聚电解质燃料电池(APEFCs)相较于目前研究最多的质子交换膜燃料电池(PEMFCs),其优势体现在阴/阳两极均可使用价格低廉的非贵金属催化剂,有望降低燃料电池的使用成本.APEFCs的研究在过去20年飞速发展,主要集中在高效碱性聚电解质(APE... 碱性聚电解质燃料电池(APEFCs)相较于目前研究最多的质子交换膜燃料电池(PEMFCs),其优势体现在阴/阳两极均可使用价格低廉的非贵金属催化剂,有望降低燃料电池的使用成本.APEFCs的研究在过去20年飞速发展,主要集中在高效碱性聚电解质(APE)隔膜和阴/阳极催化剂等关键材料的研发.目前,APEFCs的性能已接近于PEMFCs,针对其研究也逐渐从关键材料的研发扩展到电池的稳定性和水管理等更深层次问题.相较于PEMFCs,APEFCs的水管理问题更为复杂.每当阳极产生4个水分子,阴极会消耗2个水分子,容易导致阴极缺水和阳极水淹,进而影响电池的性能和稳定性.对APEFCs水管理的优化将是实现电池性能和稳定性突破的重要方向.本文主要研究碳载体对APEFCs水管理的影响,合成了一系列介孔碳负载的Ru催化剂(Ru/MCP-x,x为MCP的孔径,x=30,50,100 nm),并以Ru/XC72催化剂为对照.扫描电镜和N2吸附-脱附结果表明,介孔碳载体具有三维贯通的孔结构,而XC72为实心碳颗粒.溶液电化学测试结果表明,不同催化剂在0.1 mol/L的KOH溶液中的氢氧化反应(HOR)活性相当.以Ru/MCP-x和Ru/XC72为阳极催化剂进行电池装配(记为Ru/MCP-x电池和Ru/XC72电池),结果表明,当使用高进气流量(1000 mL/min)时,Ru/MCP-x电池和Ru/XC72电池性能接近;当使用更接近实际工况的低进气流量(200 mL/min)时,所有电池性能均有所下降,且降幅存在明显差距.其中,Ru/MCP-50电池和Ru/MCP-100电池的降幅分别为36%和35%,而Ru/MCP-30电池和Ru/XC72电池的降幅分别为43%和72%.通过在低进气流量下改变进气湿度,结果发现,Ru/MCP-30电池和Ru/XC72电池性能大幅下降的原因是阳极发生水淹.弛豫时间分布(DRT)方法可以将不同弛豫时间的极化过程在时域中分离开来,从而可以分辨各极化过程对电池性能的影响.利用电化学交流阻抗(EIS)技术结合DRT方法进一步分析各电池在不同电流密度下的阻抗行为,DRT结果表明,在低进气流量下Ru/XC72电池的传质极化电阻显著高于Ru/MCP-x电池,说明阳极水淹导致了Ru/XC72电池的气体传质受阻,因而电池性能大幅下降.当MCP孔径增加至50和100 nm时,传质极化电阻在不同电流密度下始终处于较低水平,电池未发生明显水淹.这说明孔径的增加有效地缓解了低进气流量下阳极的水淹问题,从而保持较高的电池性能.综上,本文利用EIS-DRT方法比较了不同阳极碳载体对APEFCs性能和气体传质极化电阻的影响,表明介孔碳载体有利于缓解APEFCs中的阳极水淹问题,具有作为阳极载体的潜力. 展开更多
关键词 介孔碳 碱性聚电解质燃料电池 水淹 弛豫时间分布
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弛豫时间分布方法的原理与应用
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作者 江文涌 杨铠聪 +3 位作者 王功伟 陆君涛 肖丽 庄林 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第30期3899-3912,共14页
电化学阻抗谱(EIS)作为一种常用的电化学分析方法,被广泛应用于各类电化学体系.EIS数据的解释通常依靠等效电路模型方法,但该方法存在着不唯一性、电路参数过多及初始值选择困难等问题.弛豫时间分布(DRT)方法的出现较好地解决了等效电... 电化学阻抗谱(EIS)作为一种常用的电化学分析方法,被广泛应用于各类电化学体系.EIS数据的解释通常依靠等效电路模型方法,但该方法存在着不唯一性、电路参数过多及初始值选择困难等问题.弛豫时间分布(DRT)方法的出现较好地解决了等效电路模型方法存在的问题.该方法能够将频率域中难以区分的极化过程在时间域中区分开来,而且无需对电化学体系建模,也不需要任何先验假设.目前,DRT方法已广泛应用于燃料电池、二次电池和电解器等各类电化学体系中.本文首先介绍DRT方法的理论;随后主要回顾其在实际电化学体系中对于极化过程的分离、归属、等效电路的预识别及二次检验等方面的应用,同时介绍了该方法的诸多拓展;最后,对DRT方法进行了总结与展望.相信随着阻抗数据测量精度与稳定性的提升以及DRT函数算法的发展,DRT方法将为电化学体系分析提供更加深入的信息. 展开更多
关键词 电化学阻抗谱 弛豫时间分布 不适定问题 正则化 扩散时间分布 微分电容分布
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The Role of Hydroxide Binding Energy in Alkaline Hydrogen Oxidation Reaction Kinetics on RuCr Nanosheet 被引量:1
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作者 Chaoyi Yang Yunbo Li +4 位作者 Chuangxin Ge wenyong jiang Gongzhen Cheng Lin Zhuang Wei Luo 《Chinese Journal of Chemistry》 SCIE CAS CSCD 2022年第21期2495-2501,共7页
Unveiling the role of adsorbed hydroxide involved in the hydrogen oxidation reaction(HOR)under alkaline electrolyte is crucial for the development of advanced HOR electrocatalysts for the alkaline polymer electrolyte ... Unveiling the role of adsorbed hydroxide involved in the hydrogen oxidation reaction(HOR)under alkaline electrolyte is crucial for the development of advanced HOR electrocatalysts for the alkaline polymer electrolyte fuel cells(APEFCs).Herein,we report the synthesis of amorphous RuCr nanosheets with different molar ratios and their HOR performances under alkaline media.We find a volcano correlation between the Cr content in RuCr nanosheets and their alkaline HOR performance.Experimental results and density functional theory(DFT)calculation reveals that the optimized Cr content in RuCr nanosheets could lead to the optimum hydroxide binding energy(OHBE),contributes to their remarkable alkaline HOR performance with mass activity of 568.1 A·gPGM^(–1) at 50 mV,13-fold higher than that of Ru catalyst.When RuCr nanosheet is further used as the anodic electrocatalyst,a peak power density of 1.04 W·cm^(–2 )can be achieved in an APEFC. 展开更多
关键词 Fuel cells Hydrogen oxidation reaction Hydroxide binding energy ELECTROCHEMISTRY RUTHENIUM
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Microstructure in the Semi-solid State and Mechanical Properties of AZ80 Magnesium Alloy Reheated from the As-cast and Extruded States 被引量:1
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作者 wenyong jiang Tian CHEN +5 位作者 Liping WANG Yicheng FENG Yan ZHU Kaifeng WANG Jiapeng LUO Shouwei ZHANG 《Acta Metallurgica Sinica(English Letters)》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第4期473-482,共10页
The multi-axial forging (MAF) process was introduced into the strain induced metal activation (SIMA) process to replace conventional forging. Microstructure evolution of MAF formed AZ80 magnesium alloy during part... The multi-axial forging (MAF) process was introduced into the strain induced metal activation (SIMA) process to replace conventional forging. Microstructure evolution of MAF formed AZ80 magnesium alloy during partial remelting was investigated. Furthermore, the tensile mechanical properties for AZ80 magnesium alloy thixoextruded from the starting materials treated by MAF were determined. For comparison, as-cast AZ80 magnesium alloy was also thixoextruded. The results show that the SIMA route produced ideal, fine semi-solid microstructure, in which almost completely spheroidal primary solid grains had a little amount of entrapped liquid. The microstructure of the as-cast alloy in the semi-solid state is less spheroidized compared with the MAF alloy under the similar isothermal holding conditions. With prolonged holding time, the size of the solid grain increases and the degree of spheroidization is improved in the MAF formed alloys. However, the solid grain size of the as-cast alloys decreases initially, and then increases with further increasing temperature. The tensile mechanical properties for AZ80 magnesium alloy thixoextruded from the starting material produced by MAF are better than those of AZ80 magnesium alloy thixoextruded from the starting material produced by casting. The ultimate tensile strength, yield strength and elongation of the alloy thixoextruded from the starting material produced by MAF are 314 MPa, 238 MPa and 14%, respectively. 展开更多
关键词 Magnesium alloy MICROSTRUCTURE Mechanical properties Partial remelting
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