采用硅和PDMS的堆栈式微型直接甲醇燃料电池的设计和制作

在堆栈式微型直接甲醇燃料电池μ-DMFC(Micro-Direct Methanol Fuel Cell)中,为了避免硅基流场板因为封装压力过大而破裂,采用了硅和PDMS(Polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷)材料分别制作阳极和阴极流场板。首先,采用微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技术制作硅基阳极流场板。其次,通过铜箔与阴极流场板一体成型、有机清洗和PDMS表面活化等改进措施显著提升了PDMS阴极流场板金属化的能力。最后,比较和分析阳极流场板上3种不同结构的流道形式的堆栈式μ-DMFC的输出性能。实验结果表明,活化后的PDMS阴极流场板与Cr/Au的粘附性能和粘接强度显著提高,同时阳极流场板的流道一半开设为凸台,一半开设为通孔时,其堆栈式μ-DMFC的输出性能最优。最大输出电流密度为81.25 mA/cm2,最大输出功率为7.73 mW/cm2。采用硅和PDMS材料分别制作流场板,不仅简化了堆栈式μ-DMFC的结构,而且能够缓冲锁紧力,有效保护硅基阳极流场板。同时优化阳极流场板上的流道结构,能够有效提升堆栈式μ-DMFC的输出性能。

基于MEMS技术的微型直接甲醇燃料电池的设计与制作

研制了一种硅基微型直接甲醇燃料电池,其具有结构简单、质量轻、体积小以及比能量密度高等特点.对点型、螺旋蛇型和栅型等流场结构进行优化设计模拟,从而为燃料电池极板设计提供可靠的依据.利用MEMS技术完成了这种微型直接甲醇燃料电池的制作,在对不同流场结构的实验研究中,发现栅型流场结构的微型直接甲醇燃料电池性能要好于其他流场结构,这与仿真结果一致.在常温下,当甲醇溶液物质的量浓度为1.5mol/L时,微型直接甲醇燃料电池最大输出功率密度为5.9mW/cm2.

直接甲醇燃料电池电催化剂研究进展

直接甲醇燃料电池具备低温快速启动、燃料洁净环保和电池结构简单等优点,工业化和实用化前景日益明朗,显示出较好的发展势头。开发实用性强、催化活性高、成本低的催化剂以提高直接甲醇燃料电池的效率受到越来越多研究者的关注。本文综述了直接甲醇燃料电池核壳型催化剂、合金型催化剂和贵金属型催化剂的制备方法、表征手段和催化性能,研究了不同催化剂存在的问题、优势及发展趋势。

直接甲醇燃料电池阴极Pt/C催化剂的制备与表征──制备及处理方法的影响

对比研究了用三种液相沉积还原法制备的 2 0 %Pt/C催化剂及在 90 0℃下用H2 还原处理的催化剂 ,并用XRD和TEM等技术表征了催化剂的粒子大小及粒径分布 .结果表明 ,用乙二醇还原法制备的Pt/C催化剂的平均粒径最小 (约 2 4nm) ,且分布均匀 .应用旋转圆盘电极 (RDE)法和直接甲醇燃料电池单池评价了Pt/C催化剂的氧还原反应 (ORR)活性 ,探索了单池性能与催化剂粒径大小的关系 .RDE测试结果表明 ,用甲醛还原法制备的Pt/C催化剂具有最高的ORR活性 ;而单池测试结果表明 ,用乙二醇还原法制备的Pt/C催化剂显示出最高的ORR活性和最优的单池性能 .这可能是因为直接甲醇燃料电池中所需Pt/C催化剂最优粒径更小的缘故 .另外 ,研究了Cl-对Pt/C催化剂ORR活性的影响 .结果表明 。

以甲醇为燃料的中温固体氧化物燃料电池性能研究

制备了阳极负载型LDC-LSGM双层电解质薄膜电池.考察了单电池在分别使用甲醇和氢气两种燃料时,不同温度下的I～V性能.以甲醇为燃料,以空气为氧化剂时,800℃下的最大输出功率密度为1.07W/cm2,而使用氢气为燃料时,最大输出功率密度为1.54W/cm2.通过交流阻抗研究了造成甲醇性能降低的可能原因.结果表明,以甲醇作为燃料时,单电池性能较氢气作为燃料时低.

甲醇燃料电池有望不再依赖质子膜

中国科学院过程工程研究所的研究人员开发出了选择性电催化剂，使高浓度甲醇直接甲醇燃料电池（DMFC）有望摆脱对质子膜的依赖，从而解决了制约该类电池商业化的难题。目前制约DMFC商业化的一个主要障碍是甲醇渗透问题。DMFC普遍使用的全氟磺酸型质子交换膜具有较高的甲醇透过率，严重降低燃料的效率和电池的输出功率。

碳纳米管负载铂催化剂的制备及其对甲醇的电催化氧化研究

Carbon nanotubes with diameters ranging between 140～220nm was synthesized with chemical vapor deposition method, and treated using nitric acid as oxidant. Pt/C catalysts were prepared using untreated and treated carbon nanotubes as supports, respectively. TEM and FT IR differential spectra showed that treated carbon nanotubes become short and possess more oxygen containing surface groups. The electrochemical studies indicated that the Pt/treated carbon nanotubes catalyst possessed much higher electrocatalytic activity for the oxidation of methanol than that of the Pt/untreated carbon nanotubes catalyst.

甲醇对炭载铂和四羧基酞菁钴催化氧还原动力学的影响

运用旋转圆盘电极技术和线性扫描伏安方法研究比较了甲醇对炭载铂(Pt/C)和800℃热处理的炭载四羧基酞菁钴(CoPcTc/C)催化氧还原动力学的影响.结果表明,对于Pt/C催化剂,在大于0.64V和小于0.18V(vsSCE)的电位范围,甲醇的氧化和氧的还原互不影响,而在其它电位范围,甲醇使Pt/C催化氧还原的性能严重降低.对于800℃热处理的CoPcTc/C,在整个电位范围内,甲醇的存在对氧还原都没有影响,是一种活性较高、耐甲醇能力强的氧还原电催化剂.

PtRu/LSC-s催化剂对甲醇的电化学氧化

以莲蓬壳(LS)为原料,经水热反应、盐封和碳化活化处理,得到O掺杂的介孔碳材料LSC-s。采用浸渍化学还原法负载PtRu纳米粒子,制得负载型催化剂PtRu/LSC-s。PtRu/LSC-s催化剂用于甲醇电氧化的起始氧化电位为0.29 V,峰电流为798.4 m A/mgPt,稳定电流为27.8 m A/mgPt,催化活性优于商业PtRu/C催化剂,还具有抗CO毒性强的优点。

新型掺杂Gemini分子阴离子交换膜的制备与表征

以壳聚糖(CS)和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵为原料制备了季铵化壳聚糖(QCS)。将其与Gemini型阳离子表面活性剂(顺丁烯二酸二乙酯撑基双[辛烷基二甲基氯/溴化铵],简写为G8-2-8)共混后,借助戊二醛(GA)的化学交联作用制得一系列不同配比的QCS/G8-2-8阴离子交换膜。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热失重分析(TGA)分别对该膜的化学结构和热稳定性进行表征,考察了戊二醛和G8-2-8用量对该阴离子膜含水率、离子交换量、机械强度、电导率等性能的影响。结果表明:戊二醛用量的增加可有效降低含水率,提高机械性能;Gemini阳离子分子用量的增加可以降低含水量,增加离子交换量,提高该膜的断裂伸长率。其中,当G8-2-8和戊二醛质量分数为0.3%和3.5%时,复合膜的含水率、离子交换量、断裂伸长率和80℃的电导率分别为208.3%,3.79mmol/g,18.14%和4.10×10-2 S/cm。

SPEEK/PES-C、SPEEK/SPES-C共混质子交换膜研究

通过在磺化聚醚醚酮(SPEEK,DS=61.68%)中分别混入酚酞型聚醚砜(PES-C)、磺化酚酞型聚醚砜(SPES-C,DS=53.7%)制备出SPEEK/PES-C、SPEEK/SPES-C共混质子交换膜.结果表明,共混的两种聚合物之间均具有较好的相容性.PES-C、SPES-C的混入能有效降低膜的溶胀及甲醇透过,且随着共混量的增加,这种作用越趋明显.纯SPEEK膜在75℃左右溶解,而SPEEK/PES-C(30wt%)、SPEEK/SPES-C(30wt%)共混膜在80℃时溶胀度仅为22.5%、26.32%.在室温至80℃范围内,纯SPEEK及共混膜的甲醇透过系数都在10-7cm2.s-1数量级上,远小于Nafion115膜.在饱和湿度下,温度大于90℃时,SPEEK/PES-C(20wt%)共混膜电导率超过Nafion115膜;温度大于110℃时,SPEEK/SPES-C(30wt%)共混膜电导率与Nafion115膜相当,达到0.11S.cm-1.高电导率,低透醇系数以及明显提高了的可使用温度表明该类共混膜有望在DMFC中使用.