固体聚合物电解质水电解池电极的优化研究

目前固体聚合物电解质(SPE)水电解池的膜电极催化层中各组分的配比普遍以全氟磺酸树脂(Nafion)与催化剂的质量百分比来表征,但是由于催化剂的堆密度不同,对于不同的催化剂如果沿用相同的质量配比会造成催化层中Nafion含量的失调,影响电极的质子与电子传导能力。研究了以Nafion与催化剂的体积比来表征电极催化层的组分配比和结构,并利用交流阻抗、循环伏安、极化曲线等电化学测试方法,对其体积比进行了最优化研究。结果表明,Nafion与阳极催化剂(Pt黑与IrO2混合物)的体积比1∶10时水电解的性能最佳。

固体聚合物电解质水电解器的设计与实验

目的实现固体聚合物电解质水电解技术的工程化,解决这一技术在工程实施中存在的问题,使其满足密闭环境供氧设备的要求。方法电解池组采用阳极供水与压滤机组装的方式,针对水电解池供水与供电的要求,设计了电解池的极板以及集电板,并对极板进行了轻量化设计,组装了3套样机。结果在75℃、电流密度0.6A/cm2条件下,小池平均电解电压低于1.75V;在密闭舱内3人62d的试验考核中,水电解池堆运行稳定,产生的气体O2纯度高于99.5%;集成120个单电池的水电解器,能稳定输出压力为1MPa、流量为1 523L/h的O2。结论水电解器的设计合理、极板轻量化设计可行,基本解决固体聚合物电解质水电解技术工程化应用中的技术问题,满足密闭环境对水电解器的性能要求。

大电流密度固体聚合物电解质水电解电极材料研究

目的研究大电流密度下,电极材料对质子交换膜水电解器性能的影响。方法分析了高电流密度条件下,影响质子交换膜水电解器功率效率与稳定性的主要原因,研制了金属氧化物电极。结果利用金属氧化物电极,实现槽压保持1.8 V时,实验用电解池工作电流密度达到1.5 A/cm2、实用电解池工作电流密度达到1.1 A/cm2、并能保持性能长期稳定的目标结果。结论复合氧化物材料替代铂合金电极材料使得水电解器的大电流工作性能、低温启动性能、稳定性能都有了很大程度的提高。

固体聚合物电解质水电解膜电极的电化学阻抗谱研究

测量了不同电解温度、电解电压等操作条件下固体聚合物电解质水电解膜电极的电化学阻抗谱,采用ZSimpWin软件对阻抗谱进行了拟合和分析。结果表明,提高电解温度,可减小电极的电化学反应电阻以及固体聚合物电解质膜的电阻;提高电解电压,电极的电化学反应电阻降低,但是电压过高,受气泡效应显著影响,电极反应电阻反而增加,阻抗谱中出现散乱的点;与质子交换膜燃料电池不同,SPE水电解过程中膜电极的阻抗谱出现"弥散效应",拟合时采用的等效电路也不同。

固体聚合物电解质水电解膜电极的制备方法

综述了固体聚合物水电解制氢膜电极的各种制备方法及其优缺点,指出了在这些方法中,喷涂法由于具有明显优势,最适合用于膜电极的大规模批量生产。

固体聚合物电解质水电解制氢的放大试验研究

文章在前期工作的基础上进行了固体聚合物电解质水电解制氢的放大试验研究。首先,探索了大面积(100 cm2)膜电极的制备工艺,建立了用于放大试验的电解试验装置。其次,对所制备的大面积膜电极进行了性能测试,考察了膜电极的电解性能,电解池的电解能耗及电流效率。最后,对膜电极的成本进行了分析。

固体聚合物电解质水电解池用阳极气体扩散层

采用刷涂法在钛网基体上制备扩散层,结合固体聚合物电解质(SPE)水电解池中的交流阻抗及极化曲线测试,探讨浆料中PVDF、PTFE和锑掺杂二氧化锡(ATO)配比对阳极扩散层厚度、阻值、孔隙率、疏水性和单体电池性能的影响。PVDF与PTFE添加量的增加,使阳极扩散层的厚度增加、阻值增大、孔隙率下降及疏水性增强;PVDF对阻值、孔隙率的影响更大。合理的m(ATO)∶m(PVDF)∶m(PTFE)为15∶1∶2,在常压、80℃下,电流密度为1 A/cm2时,槽压仅为1.59 V。

固体聚合物电解质技术的应用

综述了固体聚合物电解质(SPE)技术的应用研究进展,主要包括废水处理、电化学合成、燃料电池、分离、传感器以及水电解等方面,讨论了其研究现状,并展望了SPE技术在各方面的应用前景。

杂质离子对固体聚合物电解质水电解槽性能的影响

研究了Ni2+、Cu2+、Ca2+、Mg2+等杂质离子对固体聚合物水电解槽性能的影响. 在电解槽阳极室中分别加入这些杂质离子的硫酸盐, 分析槽电压、阳极和阴极电势随时间的变化关系. 结果显示杂质离子对电解槽有极大的损害. 槽电压的迅速上升主要是由于阴极超电势的增加而造成. 其原因是Ni2+、Cu2+ 在阴极催化剂与Nafion膜的界面上沉积为金属, 覆盖阴极催化剂, 减小了反应活性位; 而Ca2+、Mg2+则形成一层导电性差的氢氧化物膜, 不但覆盖催化剂, 减小了反应活性位, 而且增加了阴极催化剂与Nafion膜界面的接触电阻, 导致阴极超电势的迅速增高.

固体聚合物电解质燃料电池中的水平衡

水的生成与排出之间的平衡对于固体聚合物电解质燃料电池的成功运行特别重要.文中详细介绍了有关水平衡方面的数学模型研究及其湿化设计.模型研究表明,在高电流密度下从膜阴极侧扩散回的水不足以使膜湿润.为了减小膜的欧姆压降,阳极气流必须湿化.并且,当用空气代替纯氧时,阴极气流也必须湿化.

固体聚合物电解质水电解催化剂的研究进展

鉴于固体聚合物电解质(SPE)水电解技术的发展现状,着重介绍了目前在SPE水电解析氢、析氧催化剂方面的研究进展,对催化剂的制备方法进行了分析,并对近来以纳米氮化钛粉体为前驱体通过浸渍—热分解法制备水电解催化剂的研究工作进行了总结,提出了开发高耐蚀性的催化剂载体和降低贵金属载量是SPE水电解催化剂的重要发展方向。

PA-Cap系列聚合物固体片式铝电解电容器

福建国光电子科技股份有限公司与西安交通大学合作，成功开发研制出新型PA-Cap聚合物固体片式铝电解电容器，2004年6月通过国家中试技术成果鉴定，产品各项技术指标达到国际先进水平。

Ir_(0.5)Ru_(0.5)O_(2-x)电解水催化剂的制备和性能研究

以三氯化铱、三氯化钌为主要原料,采用亚当斯-溶胶法制备催化剂粉体,采用喷涂法制备SPE电解水析氧阳极,研究复合析氧阳极材料的电化学性能。采用SEM、XRD和交流阻抗法等测试手段分别对催化剂表面形态、物相结构及膜电极的电化学性能进行表征。研究结果表明,随着柠檬酸的加入,催化剂颗粒有所降低。催化剂的最适宜烧结温度为600℃。Ir_(0.5)Ru_(0.5)O_(2-x)平均晶粒尺寸小于20 nm,使Ir_(0.5)Ru_(0.5)O_(2-x)催化剂在高电流密度下展现了优异的性能,电解电位为2V,电解电流达到300 mA/cm^(2)。

SPE水电解池氧电极研究

氧电极是固体聚合物电解质(SPE)水电解池(WE)的控制电极,其中扩散层、催化剂的性能将直接影响电解池性能的高低。采用热分解、酸浸蚀、电沉积方法,对钛氧电极扩散层基体进行表面改性研究;探讨了氧电极催化剂对WE极化性能的影响;同时考察了温度、氧电极扩散层对WE性能的影响。结果表明:电沉积法处理钛氧电极扩散层可以使电阻降低,并且在大气中搁置电阻也不会增加;IrO2-RuO2氧电极复合催化剂具有最佳的催化活性;随着电解温度升高,电解电压下降;以电沉积法处理的钛网为氧电极扩散层时,WE性能得到明显提高,在常压、70℃条件下,电解电压为1.65V时,电流密度大于1A/cm2。

可用于载人航天器冷凝水深度处理的SPE水电解臭氧发生器的研究

目的研究不同催化剂制作工艺对水电解产生臭氧的电流效率的影响。方法采用SPE固体聚合物水电解器做臭氧发生器,以二氧化铅为阳极,碳载铂为阴极,考察不同催化剂下水电解制备臭氧的电流效率。结果以PbO2为原材料,均匀混合2 wt%的PTFE所制得的阳极材料,在表观电流密度1.6 A·cm-2下工作,长时间工作的平均电流效率都在30%以上。结论臭氧作为一种强氧化剂,可以用较低的能耗在深度处理载人航天器冷凝水上发挥作用。

SPE水电解池与H_2/O_2型PEM燃料电池比较

对固体聚合物电解质(SPE)水电解池与H2/O2型质子交换膜(PEM)燃料电池进行了比较,在指出二者相同之处的同时,主要阐述了它们在电化学反应、材料选用以及其他方面的不同之处。

水电解池电极性能研究

采用表面处理的Nafion1135膜直接CCM法制作固体聚合物电解质(SPE)水电解池电极,研究催化剂层中Nafion含量对电极性能的影响及电极的寿命情况;制作大面积电极并对其性能进行测试.结果表明:电极催化剂层中Nafion所占比例为25%时电极有最好的性能;所选方法制作的电极有着良好的寿命;通过对比大小面积电极的性能可知此种方法的放大性能良好.

不同厚度PTFE增强复合膜的SPE水电解性能

采用溶液浇铸法制备Nafion/PTFE复合膜,测试了复合膜的含水率、尺寸稳定性、机械强度和质子电导率,并将其应用到固体聚合物电解质(SPE)水电解中。在制备复合膜的同时将催化层喷涂到膜的两侧,最后复合膜与催化层共同结晶,使其一体化,增强复合膜与催化层的结合强度,满足水电解领域应用要求。评价不同厚度Nafion/PTFE复合膜制备的CCM对水电解池性能的影响并与Nafion112膜比较。相同操作条件下厚度小于30mm的复合膜水电解槽电压低于Nafion112,降低水电解能耗和膜成本。

SPE水电解槽阳极温度场数值模拟

基于计算流体动力学原理建立了蛇形流道固体聚合物电解质(SPE)水电解槽阳极的三维稳态气液混合两相流动数学模型,应用通用计算流体动力学(CFD)软件fluent进行了数值模拟,得到了电解槽阳极的温度分布特点,分析了不同流道宽度、肋宽和流道深度对电解槽阳极温度分布的影响,为电解槽阳极流场板的优化设计提供一定的参考。

固体聚合物电解质水电解技术研究

本文介绍了SPE水电解技术特点，其核心部分SPE电解槽中膜、膜电极组件、集电器、槽体结构的技术关键及解决途径，SPE水电解技术的发展趋势及对我所SPE水电解技术发展的分析。