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。

一体式可再生燃料电池

一体式可再生燃料电池是可再生燃料电池中最先进的一种,它是在同一组件上既可以实现燃料电池功能又可以实现水电解功能的储能和供电系统,具有能量密度高、使用寿命长、使用中无自放电且无放电深度及电池容量的限制等优点,是极有希望在空间、军事及可移动电源领域替代传统二次电池的储能系统。本文介绍了一体式可再生燃料电池的研究进展,并提出了目前亟待解决的问题。

可再生燃料电池系统在空间电源中的应用研究

概述了可再生燃料电池的工作原理和特性;介绍了国外可再生燃料电池的空间应用,在"太阳神"无人机和平流层飞艇上的设计验证经验,以及国内的技术发展水平;分析了可再生燃料电池系统应用于空间电源所要解决的系统优化设计、电解器和燃料电池的高性能及安全性设计、功率控制器的集成化设计、氢气/氧气的空间储存及后处理等关键技术;提出了用于空间电源的可再生燃料电池系统初步设计方案,对系统的组成和工作流程、各子系统的功能和设计方式进行了论述,可为我国未来的新型航天器电源系统设计提供参考。

一体式可再生燃料电池用新型膜电极三合一

介绍了大连化物所一体式可再生燃料电池新型膜电极三合一的研究进展,包括非碳担载双功能电催化剂、"内嵌式"膜电极、非碳材质扩散层.结果表明新型膜电极三合一明显提高了一体式可再生燃料电池的性能和循环寿命.

可再生燃料电池及其在风/光电储能调峰中的应用研究进展

介绍了可再生燃料电池的工作原理、结构组成、分类和国内外可再生燃料电池技术的研究状况及现阶段存在的主要技术问题,对可再生燃料电池在风/光电储能调峰中的应用进行了分析总结,并对其发展趋势进行了展望。

一体式可再生燃料电池膜电极和流场研究

一体式可再生燃料电池(URFC)对质量限制场合有着十分重要意义。膜电极(MEA)和流场构型是影响URFC性能的主要因素,为此研究了氧电极中Pt和Ir催化剂比例和两种流场构型,以及电池工作温度。通过电池双模式循环工作效率来评价膜电极和流场对一体式可再生燃料电池性能的影响。结果表明:最佳催化剂比例是:Pt与Ir质量比3∶1;流场对电池性能影响显著,并且相对于WE模式,在FC模式下影响更大。

一体式再生燃料电池双效氧电极催化剂

对一体式可再生燃料电池双效氧电极催化剂进行研究，考察了析氧催化剂和贵金属Pt黑组成的复合催化剂的双效性能以及催化剂配比和焙烧温度对性能的影响，用XRD对催化剂的物相特性进行表征。结果表明：复合催化剂的燃料电池性能按以下顺序递减：Pt黑＞Pt/Ru/Ir＞Pt/Ru＞Pt/IrO2～Pt/Ir＞Pt/RuO2；水电解性能按以下顺序递减：Pt/IrO2＞Pt/RuO2＞Pt/Ir＞Pt 黑。分析比较，Pt/IrO2复合催化剂表现出良好的燃料电池/水电解双功能特性以及循环稳定性，具有最佳的 URFC 能量转换效率。因此，Pt/IrO2复合催化剂是最适宜的双效氧电极催化剂。一定温度范围内的焙烧处理对 Pt/IrO2催化剂燃料电池性能影响不大，而对水电解性能具有一定的影响，大电流密度运行，未焙烧处理的Pt/IrO2催化剂表现出更好的水电解性能。

质子交换膜燃料电池及其空间应用

介绍了质子交换膜燃料电池(PEMFC)、可再生燃料电池(RFC)的工作原理、性能和空间应用特点,以及发展航空航天器用可再生PEMFC系统的必要性和可行性。讨论了PEMFC和可再生PEMFC系统所面临的技术难点。最后,针对我国的实际情况,提出了分阶段发展PEMFC和可再生PEMFC的建议。

燃料电池的空间应用技术发展

燃料电池作为高效环保的发电装置,在空间应用上具有极大潜力。本文论述了近年燃料电池的空间应用技术,以求促进相关产业及研究的进一步发展。分别对微重力环境下的水、热管理技术进行了探讨,发现微重力中气流方向及燃料电池布置对电池性能具有显著影响,气流宜以相反方向通入,微重力环境对竖直放置和水平放置(阳极在上或阴极在上)的燃料电池性能影响不一,其中水平放置(阴极在上)和竖直放置的工况下促进了水的顺利排出。进而比较了3种常见散热方式在空间应用上的优缺点,并且对热管冷却的材料选择给出了建议。最后简要介绍了目前在航天应用上受到关注的可再生燃料电池。

纳米镍一体式燃料电池体系电化学性能研究

分别研究了采用气-固充氢充电方式和电化学充电的纳米镍一体式燃料电池体系的电化学性能。采用气-固充氢方式的电池以0.008 m A/cm^2进行恒流放电,放电比容量为47 mA·h/g。采用线性扫描伏安法以及电化学交流阻抗谱法研究充氢态的M-URFC的微观反应过程,线性扫描伏安曲线在0.75 V出现Pt/Ir合金催化氧还原反应峰。通过充氢态的M-URFC的放电曲线、线性扫描伏安曲线以及阻抗谱分别从宏观和微观角度证明了贮氢合金中的氢与氧气结合发生了电化学反应。

钙钛矿型双功能氧电极在MH-空气蓄电池中的应用

从LaNiO3的B位掺杂出发,采用溶胶-凝胶法制备了一系列掺杂Co和Fe离子的高催化活性的LaNi1-y-Co(Fe)yO3型钙钛矿电催化剂,并进一步研究了催化剂对于氧还原反应和氧析出反应的电催化性能,筛选出最佳催化活性的催化剂。将LaNi0.8Fe0.2O3和LaNi0.8Co0.2O3催化剂制备的双功能氧电极初步应用于MH-空气蓄电池。结果表明:使用较高催化活性的LaNi0.8Co0.2O3为氧电极催化剂的电池性能比使用LaNi0.8Fe0.2O3为催化剂的电池高,但是电池放电容量的衰减比LaNi0.8Fe0.2O3为催化剂的电池大,这是由于钙钛矿催化剂晶格内的Co离子不如Fe离子稳定造成的。两种催化剂制备的双功能氧电极都在152h的充放电循环时间内保持了比较好的工作状态。

光伏-氢能自主发电系统稳态建模与分析

对光伏-氢能自主发电系统进行建模和分析是设计和应用的基础,提出了包括光伏电池、可再生燃料电池和蓄电池的稳态数学模型,仿真和分析光伏-氢能自主发电系统长期运行的性能。利用建立的数学模型来分析和比较两类光伏-氢能自主发电系统:光伏电池-可再生燃料电池-蓄电池系统(PVRFCBAT)和光伏电池-可再生燃料电池系统(PVRFC)的性能。仿真结果表明PVRFCBAT发电系统的经济性能、效率和可再生燃料电池的使用寿命优于PVRFC发电系统,但它的结构较为复杂,蓄电池使用寿命较短。

Ir_(0.08)Ti_(0.92)O_2及其载Pt催化剂的制备与电催化性能

采用TiN浸渍热分解法制备了低铱含量Ir0.08 Ti0.92 O2纳米粉体,再通过微波辅助制备Pt/Ir0.08 Ti0.92 O2催化剂,并与采用传统亚当斯法制备的IrO2和商品化Pt/C进行对比研究.利用X射线衍射（ XRD）、透射电子显微镜（SEM）、 X射线能量散射谱（EDS）和 X射线光电子能谱（XPS）对产物进行了分析.结果表明, Ir0.08 Ti0.92 O2是一种纳米棒状金红石相固溶体,直径约15 nm,担载Pt粒度5~7 nm,其中本体Ir/Ti原子比为0.084：0.916,表面Ir/Ti原子比为0.296：0.704,表明Ir在表面发生富集.经稳态极化曲线和线性扫描伏安测试得到析氧反应的本征催化活性由高到低为 Ir0.08 Ti0.92 O2〉Pt/Ir0.08 Ti0.92 O2〉IrO2,前两者性能相近；Pt/Ir0.08 Ti0.92 O2的氧还原反应活性低于Pt/C,需进一步优化载Pt粒度.研究结果表明, Ir0.08 Ti0.92 O2既是高效、低成本的析氧反应催化剂,也是高性能载体材料,这使Pt/Ir0.08 Ti0.92 O2作为双效催化剂在成本、催化性能和稳定性上具有更大优势,也可作为优异的析氢反应催化剂.

水基推进系统综述

水基推进系统的发展为航天器推进、供电、能量储存、系统构建提供了新的选择。这一系统的核心是一体化可再生燃料电池,它利用太阳能电池帆板提供的电能电解水,产生的氢氧气体既可以用于燃烧推进,又可以通过燃料电池反应重新复合为水进行供电。介绍了水基推进系统的基本组成与工作原理,通过质量估算与性能分析,评估了水基推进系统的工作能力、适用范围及空间应用优势。

掺杂LaNiO_3型双功能氧电极的电化学性能

双功能氧电极的开发是二次空气电池的关键问题,以开发高性能的双功能氧电极为目的,制备了 LaNi1-yMyO3(M=Co,Fe;y=0,0．2)钙钛矿氧化物作为双功能氧电极的电催化剂,以活性碳为载体,聚四氟乙烯乳液为粘接剂制备双功能氧电极．采用三电极体系测试了氧电极的稳态极化曲线和电化学交流阻抗谱,并对其阴极极化和阳极极化的交流阻抗谱图进行分析．通过等效电路的拟合研究了该系列双功能氧电极氧还原反应的工作机理．结果表明,对于LaNiO3化合物,B位掺杂可显著提高催化剂的电催化性能,电极氧还原反应的极化主要由电荷转移反应和Nernstian扩散过程造成．

IrO_2电极材料的研究进展

综述了近几年来IrO2作为电极材料的研究进展,主要包括含IrO2涂层尺寸稳定阳极(DSA)、可再生燃料电池、电解水、光电催化水氧化以及其他领域的相关研究。介绍了不同电极材料的制备方法、电化学性能和应用情况,并展望了其今后的发展方向。