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。

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。

聚合物人工固体电解质界面层的研究进展

锂金属负极因具有极高的比容量(3860 mAh/g)和低电化学电势(-3.04 V),成为可充电电池领域的研究热点。然而,锂金属的不稳定性会促使枝晶形成,在充放电过程中发生不可控的界面反应,导致生成的固体电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)层不稳定,进而影响电池循环寿命。通过锂金属负极表面引入聚合物人工SEI(ASEI),改善机械性能和电化学性能,从而制备长循环寿命和高能量密度的锂金属电池(LMBs)。聚合物具有灵活度高及结构可设计等特点,是人工SEI的理想材料。概述了人工SEI的性质及作用,根据聚合物官能团类型和所起作用,系统总结了聚合物人工SEI的研究进展,并对未来的研究方向和发展前景作出展望。

阻燃聚合物电解质高稳定锂负极界面研究进展

为高效发挥阻燃聚合物电解质所具备的轻质、柔性、固-固界面相容性好等优势,推动电化学能源存储体系向安全可靠的全固态转型,基于锂离子(Li^(+))配位团簇结构复杂等特点,分析分子间通过竞争作用调控阻燃聚合物电解质衍生的固体电解质界面膜(SEI)所面临的挑战,综述国内外阻燃聚合物电解质高稳定性界面构筑、锂离子配位结构设计、离子输运机制、界面热稳定性等方面的研究进展,预测聚合物电解质内部分子间作用主导调控的Li^(+)配位结构在提高锂金属-电解质稳定性领域的应用前景,展望未来全固态锂金属电池中阻燃聚合物电解质的研究发展方向。研究结果表明:调控Li^(+)配位团簇结构是提高锂金属负极/阻燃聚合物电解质界面稳定性的关键。研究结果可为全固态锂金属电池实际应用提供界面设计参考。

聚碳酸酯基聚合物电解质及其改性研究进展

锂离子电池具有能量密度高、工作电压宽、循环寿命长、环境友好等优点,已被广泛用于移动电子设备和电动车等领域.为克服液态锂离子电池存在的缺陷和安全隐患等问题,用全固态电解质代替液态电解质制备的固态锂电池不含有机溶剂,并且其能量密度和循环寿命等具有较大的提升空间,受到研究者们的广泛关注.作为一种固体聚合物聚电解质,聚碳酸酯类固体聚合物电解质主链结构中含有强极性碳酸酯基团且室温呈无定形态,其介电常数高、尺寸稳定性好,有利于提高固体聚合物电解质的离子电导率和电化学窗口,被认为是很有应用前景的固体聚合物电解质.本文介绍了聚碳酸酯基固体聚合物电解质的导电机理,总结和评述了近年来国内外聚碳酸酯基聚合物电解质的改性研究进展,并展望了该研究领域的发展方向.

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。

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.

聚合物固体电解质中的离子状态与导电机理的研究

制备得到了一种新颖的聚氨酯和丙烯酸酯复合梳形交联聚合物 (Combcross linkedpolymer) ,并以此聚合物为基体加入不同含量的高氯酸锂盐制得一系列聚合物固体电解质 ,其室温电导率可以达到 3 4× 10 - 5S·cm- 1 .通过Raman、DSC、SEM及电性能等研究了电解质中的盐浓度与离子存在状态及离子电导率之间的关系 .结果显示随着盐浓度的增加 ,聚合物固体电解质中离子对的比例和电导率都迅速增加 ,说明离子对 (由多个醚氧原子、阴离子和阳离子组成 )对体系导电起着积极的作用 .

锂离子电池用聚合物固体电解质的新进展

综述了锂离子电池用聚合物固体电解质方面的进展。

固体聚合物电解质燃料电池的研究

报道了固体聚合物电解质燃料电池的电极制备方法和温度、压力以及阴极气量对电池性能的影响．

聚合物固体电解质基体的研究进展

综述了聚合物固体电解质基体的设计原理、分类和研究进展,并对今后在聚合物基体设计方面的研究前景作了展望。

液晶离聚物/PEO固体聚合物电解质的研究

采用溶液铸膜法制备了含磺酸离子液晶离聚物(LCI)-PEO-高氯酸锂全固态聚合物电解质(SPE)。运用扫描电镜、数字显微镜、差示扫描量热法(DSC)、拉伸测试和交流阻抗对复合电解质膜的性能进行了表征,研究了液晶离聚物(LCI)对电解质结晶度、力学性能以及电导率的影响。结果表明,液晶离聚物(LCI)的加入虽然增加了聚合物电解质的结晶度,但是提高了电导率。当液晶离聚物(LCI)含量为3%时,电解质的室温电导率达最大值,为1.30×10-5S/cm。

纳米复合型固体聚合物电解质材料的研究进展

综述了纳米复合型聚合物电解质材料研究工作的基本情况。着重介绍了以聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯和聚磷腈等为聚合物基体的纳米复合型固体聚合物电解质材料的研究进展,并对其研究前景做了展望。