直接乙醇燃料电池阳极催化材料研究进展

与直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cell, DMFC)相比,直接乙醇燃料电池(Direct ethanol fuel cell, DEFC)具有来源丰富、毒性低、生产和处理过程中成本较低和能量密度较高等特点,可以大量减少对传统燃料的依赖,缓解当前日益突出的世界能源危机。本文主要介绍了DEFC阳极催化剂材料的最新研究进展,如铂基和钯基催化剂的微观结构设计、成分控制和催化剂载体的优化以及一些基于过渡金属(Fe、Co、Ni等)的非贵金属催化剂等。最后,指出了DEFC阳极催化剂目前存在的问题(成本较高、活性较低和稳定性差等)并进行了展望。

脱合金在乙醇燃料电池中的应用研究

电子产品的不断发展使得人们对电池的要求越来越高,乙醇燃料电池因环保、高能、易存储等诸多优势备受关注。但其商业化之路仍面临困境,制备低成本、高活性、抗毒性的催化剂是解决问题的关键。脱合金方法简单易操作,可构筑不同纳米结构的金属复合物材料,发挥各活性组分的协同催化效应。本文着眼于乙醇燃料电池的阳极氧化,从脱合金前驱体制备、脱合金方法、催化金属种类、催化剂元素数目四个方面,阐述了近年来乙醇燃料电池阳极催化剂的研究进展,分析了不同催化剂的催化机理及优缺点,并对乙醇燃料电池未来发展及大规模应用提出了展望。

直接乙醇燃料电池阴极制备与装配工艺优化实验设计与实施

为优化直接乙醇燃料电池的阴极催化剂,该文采用化学还原一步法分别制备出以活性炭、纳米碳和多壁碳纳米管为载体的Pt/C催化剂,研究了载体对催化剂性能的影响,并确定纳米碳为最优载体。以纳米碳为载体,采用相同工艺制备出具有核壳结构的Pt-Fe和Pt-Co合金催化剂,将其与Pt/纳米碳催化剂进行对比分析,探究了Fe、Co两种过渡金属对催化剂氧还原性能、稳定性等的影响,最终获得性能优于商业Pt/C催化剂的Pt-Fe/纳米碳合金催化剂。改进了电极制备及单电池装配工艺,提高了电池性能和实验成功率。

直接乙醇燃料电池中阳极催化剂的研究进展

直接乙醇燃料电池(DEFCs)中的阳极催化剂,在电池反应中起着至关重要的作用,但也存在成本高、乙醇的氧化效率低、耐久性差、易中毒等问题,严重阻碍了DEFCs的商业化。本文综述了提高电催化剂性能的有效策略,以期为进一步探索DEFCs提供参考。

制备方法对直接乙醇燃料电池阳极PtSn/C催化剂性能的影响

对比研究了用三种液相沉积还原法制备的PtSn/C催化剂,并用X射线衍射、透射电镜和程序升温还原等技术表征了催化剂的形貌、结构及组成.用乙二醇还原法制备的PtSn/C(EG)催化剂的平均粒径最小(约为1.8nm),且分布均匀,Sn以多种价态存在于PtSn/C(EG)中.采用循环伏安法和直接乙醇燃料电池单池评价了三种PtSn/C催化剂对乙醇氧化反应的催化活性,探索了单池性能与催化剂粒径及组成的关系.结果表明,PtSn/C(EG)催化剂具有较高的催化乙醇氧化活性.这可能是因为PtSn/C(EG)催化剂的金属粒径较小,Pt晶格发生了适当的扩张以及SnO2能够在较低电位下提供含氧物种的缘故.

直接乙醇燃料电池PtSn/C电催化剂的合成表征和性能

采用多元醇法制备了 n( Pt) /n( Sn)比为 2∶ 1 ,3∶ 1 ,4∶ 1的 Pt Sn/C电催化剂 .通过 XRD,TEM、循环伏安和氢化学吸附技术对催化剂进行了表征 . TEM和 XRD结果表明 ,不同比例的 Pt Sn/C金属粒子的平均粒径均小于 4nm,且粒径分布较窄 ;该系列催化剂中 Pt具有 fcc结构 ;Pt Sn间的相互作用使 Pt晶格参数增大 .循环伏安和氢化学吸附实验结果表明 ,加入 Sn可抑制 Pt对氢的吸附 ,Pt3Sn/C对乙醇的氧化电流比Pt4 Sn/C高约 1倍 .用不同 n( Pt) /n( Sn)比的催化剂作为直接醇类燃料电池阳极电催化剂 ,在相同条件下 ,随着 Sn含量的增加 ,单电池最大输出功率逐渐增大 ,当 Sn含量继续增大时 ,单池性能反而下降 .导致不同比例 Pt Sn催化剂活性差别的原因可能是由于 Sn与 Pt间的合金化程度不同和催化剂粒子尺寸效应及 Sn含量对电池阻抗等几方面因素所致 .对 40 h寿命测试前后的阳极 Pt3Sn/C催化剂的分析 ( Energy dispersive X-rayanalysis,EDX)结果表明 ,Pt Sn含量在测试前后均有所降低 ,Pt

直接乙醇燃料电池初探

采用商品化的PtRu/C和Pt/C分别作乙醇阳电极和氧气阴电极的催化剂 ,Nafion 115膜作固体电解质 ,组装成面积为 9cm2 的单池 .考察了电池温度、氧气压力、乙醇浓度及流量等对电池性能的影响 .实验结果表明在电池温度为 85℃ ,乙醇浓度为 1.0mol/L ,流量为 0 .5mL/min ,氧气压力为 0 .5MPa ,流量为 6 8mL/min条件下 ,电池开路电压为 0 .6 0 8V ,电流密度 5 0mA/cm2 时的放电端电压为 0 .32 9V ,电池最大功率密度为 19.2 5mW

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。

直接乙醇燃料电池研究进展

介绍了直接乙醇燃料电池(DEFC)电催化氧化机理,分析了碳载铂催化剂等物质担载催化剂在DEFC中的性能,论述了电解质膜及DEFC性能的研究现状,指出了从阳极催化剂、电解质膜等方面提高DEFC性能的途径。

直接乙醇燃料电池中乙醇电氧化过程的热力学和动力学考虑

从热力学和动力学角度讨论了质子交换膜燃料电池中的乙醇电氧化过程.理论计算得出直接乙醇燃料电池比乙醇重整质子交换膜燃料电池具有较高的有效能效率.从热力学分析可知,温度低于100℃时乙醇完全氧化的最大转化率仅为14%.从动力学角度考虑,PtSn/C催化剂对乙醇电氧化具有较高的催化活性,但仍不能使乙醇发生完全电氧化.热力学和动力学分析表明,操作温度是影响直接乙醇燃料电池性能的关键因素,它对开发新型催化剂和电解质膜材料提出了新的要求.

直接乙醇燃料电池电催化剂研究进展

综述了直接乙醇燃料电池阳极催化剂的催化反应机理、铂系和非铂系电催化剂,详细介绍了铂系催化剂中单一金属催化剂、二元合金催化剂和三元及多元复合催化剂的研究现状,并对电催化剂的研究方向进行了展望。

直接乙醇燃料电池的研究现状及前景

以纯氢为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)已日趋成熟,直接甲醇燃料电池(DMFC)的研究比较活跃,鉴于氢存储较难且甲醇有毒,人们试图开发采用来源丰富、毒性低、可再生的燃料如乙醇的燃料电池。综述了乙醇在Pt上氧化的电催化机理,直接乙醇燃料电池(DEFC)的阳极电催化剂,电解质膜及其改性,电池性能及其影响因素,并对分别采用纯氢、甲醇和乙醇作为燃料的PEMFC、DMFC和DEFC三种燃料电池进行了对比,阳极电催化剂和电解质膜的研究改进是今后DEFC的工作重点。

新型碳纤维负载直接乙醇燃料电池Pt-SnO_2阳极催化剂的性能研究

采用静电纺丝技术制备了碳纤维基纳米Pt-SnO2阳极催化剂(Pt/Sn原子比为3)。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等技术对该催化剂进行了表征,并采用循环伏安法对其在乙醇燃料电池中的阳极催化活性进行了评价。结果表明,纳米Pt-SnO2催化剂均匀地分散在碳纤维骨架上;随着烧结温度的升高,碳纤维载体的致密度越高、导电性能越好。电催化性能测试表明,烧结温度为800℃时催化剂的峰电流密度最大,达到0.11 A/cm2,抗中毒能力也最强。单电池的发电性能表明,在一定的乙醇浓度下,1.0 mL/min进样流速具有最优的发电效率。

直接乙醇燃料电池用Nafion/SiO_2复合膜的制备及性能研究

用纳米SiO2对Nafion117进行了掺杂改性并制膜,采用气相色谱分析仪和电化学工作站分别对膜的渗透率和质子电导率等进行了研究。结果表明,掺杂改性后,经60℃硅溶胶处理的膜具有高的质子导电率和高温保水性能,同时使膜的乙醇渗透率大幅度降低。经60℃硅溶胶处理的膜和其它条件处理的膜的渗透系数为4.07×10-4cm2/s、8.13×10-4cm2/s,表明经过60℃硅溶胶处理的Nafion膜乙醇渗透系数降低一半。

直接乙醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

主要综述了直接乙醇燃料电池阳极电催化剂的电催化机理,论述了直接醇类燃料电池的阳极催化剂以及催化剂载体的研究现状,指出阳极催化剂的种类及存在的问题,分析载体对催化剂催化性能的影响,展望了乙醇燃料电池阳极催化剂及担载物的发展。

直接乙醇燃料电池阳极催化剂载体的研究进展

主要介绍燃料电池的重要作用,指出直接乙醇燃料电池的优势以及目前面临的问题,论述直接醇类燃料电池阳极催化剂载体的研究现状,介绍具体的催化剂碳系载体、非碳系载体的优点以及不足之处,并且对直接乙醇燃料电池阳极催化剂载体的发展进行了展望。

直接乙醇燃料电池研究面临的挑战

从热力学、动力学及乙醇渗透等方面,综述了直接乙醇燃料电池(DEFC)研究面临的挑战。从热力学角度看,在低温(<100℃)时,乙醇的最大热力学转化效率低于14%,降低了DEFC的效率;从动力学角度看,目前对乙醇氧化活性最高的Pt-Sn催化剂仍不能使乙醇完全氧化,降低了DEFC的法拉第效率;乙醇渗透可能带来的后果,加大了研究的困难性。

Pt-SnO_2/C电催化剂异型直接乙醇燃料电池的性能

以掺杂石墨粉的中间相碳微球(MCMB/G)烧结管为阴极支撑体,采用浸涂工艺分别制备了扩散层和催化层,通过在其外表面包裹Nafion 117膜制得管状异型阴极并组装成异型直接乙醇燃料电池,采用水热乙二醇制备了适用于直接乙醇燃料电池的阳极电催化剂,并通过XRD,TEM和EDS等技术对其进行了表征.采用线性循环伏安曲线、交流阻抗等测试手段,对Pt-SnO2/C电催化剂异型直接乙醇燃料电池进行了性能测试,并考察了温度、氧气流量等对电池极化性能的影响.结果表明:异型电池阻抗大于传统的平板电池,但其活化后电池阻抗明显下降;较高的氧气流量和较高的工作温度有利于提高电池性能;60℃条件下,Pt-SnO2/C电催化剂异型直接乙醇燃料电池功率密度达到8.5 mW.cm-2.

多元醇法合成的Pt_(2.6)Sn_1Ru_(0.4)/C用作直接乙醇燃料电池高性能阳极催化剂(英文)

采用多元醇法制备了不同原子比例和载量的PtSnRu/C催化剂,利用透射电镜和X射线光电子能谱表征了所制备催化剂的物化性能,采用直接乙醇燃料电池(DEFC)单池性能测试了其电化学性能,并利用电化学原位光谱、气相色谱和中和滴定分析了乙醇电氧化过程和产物.DEFC单电池测试表明Pt2.6Sn1Ru0.4/C催化剂具有较高的电池性能,其中,以60 wt%Pt2.6Sn1Ru0.4/C催化剂为阳极的DEFC性能最高,90 oC下最高功率密度为121 mW/cm2.电化学原位红外光谱和阳极产物分析表明乙酸、乙醛、乙酸乙酯和CO2是乙醇电化学氧化产物,Pt2.6Sn1Ru0.4/C催化剂上乙醇的氧化效率较高.阳极乙醇氧化活化能和催化剂表面组成分析结果表明,表面组成的相互作用使Pt2.6Sn1Ru0.4/C催化剂具有较低的乙醇氧化活化能和较高的乙醇氧化活性.

直接乙醇燃料电池阳极电催化剂的研究进展

介绍了直接乙醇燃料电池(DEFC)具有无毒,来源丰富的优点,分析了DEFC在Pt上的电催化氧化机理,讨论了DEFC的阳极电催化剂的重要作用;探讨了具有高电催化活性的新型Pt基催化剂、新型非贵金属催化剂、新型催化剂载体、新型的催化剂制备方法等的研究现状;指明了阳极催化剂将是今后DEFC研究和发展的重要方向之一。