用从石煤中提取的V_2O_5研制全钒氧化还原流体电池

含钒石煤是我国的一种新型钒矿资源,本文用从石煤中提取的V_2O_5研制全钒氧化还原电池。该电池是一种新型储能材料,它用由V_2O_5制备的VOSO_4溶液作电极活性材料。一系列充放电试验结果表明,该电池具有良好的化学性能。

石墨电极棉线基微流体肼燃料电池

为找到性价比高且安全环保的供电设备,搭建以水合肼为燃料、石墨为电极以及棉线为流道材料的无催化剂微流体燃料电池(MFC),并进行性能测试。石墨管阳极、石墨棒阴极组合的MFC电化学性能最佳,电池于燃料浓度为0.075 mol/L、NaOH浓度为1.0 mol/L及电极距离为4 mm时,具有11.10μW/cm^(2)的最大功率密度和121.45μA/cm^(2)的电流密度。搭建的MFC具有材料简单、成本低且组装方便等特点,无需外部泵维持共层流,作为便携式设备具备集成化和小型化的潜力。

流体电池的化学工程科学问题

流体电池以可流动物质作为能量载体,具有能量与功率解耦、设计灵活、可扩展性好、不受地形地质限制等优点,是推动长时间能量存储、支撑可再生能源大规模并网、构建新型电力系统、实现双碳目标的关键技术。本文基于国家自然科学基金委员会举办的第311期双清论坛,阐述了储能技术的战略意义,总结了流体电池的分类与现状,探讨了流体电池中热流科学和化学工程的学科交叉问题,提出了同时提升流体电池传输性能和电化学性能的有效途径,并为促进流体电池的发展提供了政策建议。

直接铝-过硫酸钠微流体燃料电池性能研究

为获得一种高性能且低成本的新型水系铝电池,本文提出并构建了一种直接铝-过硫酸钠微流体燃料电池。研究了阳极电解液浓度、阴阳极电解液总流速及其流速比、氧化剂浓度对该微流体燃料电池产电性能的影响。结果表明:当阳极电解液浓度为2.00 mol/L,阴阳极电解液总流速为200μL/min,阴阳极电解液流速比为1∶1,过硫酸钠氧化剂浓度为1.5 mol/L时,该直接铝-过硫酸钠微流体燃料电池的产电性能达到最佳,其开路电压为2.56 V,功率密度和电流密度的最大值分别为275 mW/cm^(2)和216 mA/cm^(2),铝阳极的最大比容量密度达到2760 mAh/g。

微流体燃料电池性能的预测(英文)

报道了基于微流体技术的燃料电池性能的数值预测.在这种微流体燃料电池中,液态燃料和氧化剂并行流入微通道,电池的内部电流是微通道内离子的横向输运形成的.模型考虑了流体动力、组分的对流和扩散以及发生在电极表面的电化学反应.通过给定一组工作电压,利用FLUENT软件预测对应的电流密度.计算结果表明,计算得到的电池的极化曲线与实验结果吻合较好.随着反应物体积流率的增加,两股流体的混合程度降低,浓度边界层厚度明显减小,电池性能逐渐增加.电池性能对阴极流体中氧气浓度的变化比较敏感,而阳极流体中甲酸浓度的变化对其影响较小.这一计算结果表明这种微流体燃料电池是阴极受限的,这与实验结果一致.

钒微流体燃料电池性能的数值模拟

对一种新型钒微流体燃料电池进行了理论分析并建立了三维数值模型。该模型包含了层流、物质传输与电化学反应等电池内部的物理和化学过程。计算得到的极化曲线与实验数据吻合较好,说明模型是可靠的。通过多场耦合求解,数值模拟了体积流速、燃料纯度等对电池性能的影响。研究结果表明:增大体积流速可以提高电池的功率,但燃料利用率会大幅降低;燃料纯度对燃料电池的电压有较大影响;燃料利用率低是制约微流体燃料电池发展的主要因素之一。通过改进原有Y形流道设计,设计了一种双Y形流道微流体电池,仿真结果显示其可以较大地改善燃料的利用率。

双电解质铝空气微流体燃料电池

以甲醇为溶剂制备氢氧化钾/甲醇溶液作铝阳极电解液、以水为溶剂制备氢氧化钾溶液为空气阴极电解液,制得一种双电解质铝空气微流体燃料电池。1 000μL/min下,阳极电解液含水量20%时电池短路电流密度为270 mA/cm^2,最大功率密度90 mW/cm^2,铝自腐蚀率仅为在氢氧化钾水溶液中的10.5%。总的来说,含氢氧化钾/甲醇溶液的双电解质铝空气微流体燃料电池应用到小型电子设备中是具有吸引力的。

工业流体的磁化处理——ENEFLOW流体磁力电池在工业中的应用

硬水是指水中含有硬的矿物质,如钙、镁等。一般硬水中所含矿物质的范围为17.1～5985mg/L,常用水的硬物质的范围为51.3～855mg/L。 硬水引起的两个主要问题是结垢及腐蚀。当水的压力、温度等物理参数发生变化时,会在管道的内壁、热水器、锅炉、热交换器。

微流体燃料电池微通道内的单相流传递特性及性能

为提升具有平面阳极的空气自呼吸微流体燃料电池的性能和研究微通道内单相流的传递特性,基于COMSOL Multiphysics软件对微流体燃料电池进行流体动力学分析,建立单相流动的微流体燃料电池的二维模型,仿真分析不同反应物体积流量、燃料浓度下电池的输出性能和燃料效率。结果表明:提高反应物流量和浓度可有效提高功率密度和电流密度,但燃料利用率和[火用]效率呈下降趋势;电池实际应用时应兼顾功率输出和燃料利用率。该研究可为微流体燃料电池的反应物流动传递优化和多角度性能提升提供参考。

基于数字图像技术测量电池集流体的孔隙率的方法研究

孔隙率对电池极板的荷电能力有重要影响,是检验电池集流体质量的一个重要指标。为了减少传统方法带来的测量误差,更有效和便捷的对电池集流体的孔隙率进行测量,本文将图像处理技术运用于测量孔隙率的实验中,取得了良好的效果。其测定过程是先用电子显微镜对集流体进行图像采集,运用像素标记法对采集图像的每个点进行标注,然后找任意一个孔隙中的像素所对应的RGB值,根据这个数值就能够大概确定孔隙中所有像素的RGB范围,最后自动进行孔隙中所有像素的计数和相关的计算,这样就能够得到孔隙率。

尿素/过硫酸钠纸基微流体燃料电池产电特性

本文提出一种尿素/过硫酸钠完全被动式纸基微流体燃料电池,通过方波电流法将非贵金属镍催化剂电沉积到碳纸上制备阳极,阴极无需催化剂负载,电池成本大大降低。在不同结构及燃料、氧化剂、电解液浓度下测试了电池性能,结果表明,双层纸结构能大幅提高反应物流速,强化反应物传质,提高性能;电池在电极间距为6 mm、燃料浓度为0.3 mol·L^(-1)、氧化剂和电解液浓度均为1.0 mol·L^(-1)时,峰值功率密度和极限电流密度分别为5.9 m W·cm^(-2)和23.5 m A·cm^(-2),且运行稳定性较好。

半固态储能电池的研究进展

半固态储能电池结合了可充电电池的高能量密度和液流电池设计灵活的优点,是一种新型电化学储能技术,近年来受到人们的广泛关注。通过综述半固态电池在锂离子电池、锂硫电池、锌电池、空气电池、有机电池及其他不同类型的储能电池领域的研究进展,并探究了半固态电极中的活性材料、导电剂、电解液及电池结构对半固态电池性能的影响,进而对半固态电极发展中存在的问题进行了分析和总结,发现通过开发新材料与新化学体系,可有效提高半固态电池的性能。最后提出展望,今后半固态电池的研究重点为提高电池能量密度、循环稳定性以及降低浆料黏度等。

微流体流道耗尽边界及交界扩散层的设计研究

微流体燃料电池的流道集合了传统燃料电池的核心部件(电极、集流板、质子交换膜)及功能(燃料的传输、生成物的转运),由此可见微流体电池的结构形式对其性能的重要性,而受结构影响较大的耗尽边界层及反应液交界面扩散层厚度很大程度上制约了微流体燃料电池性能的提升。介绍了几种控制耗尽边界层及反应液交界面扩散层的微流体燃料电池结构,并说明了这些结构在解决问题的同时所带来的"副作用",为微流体燃料电池结构设计提供一定的参考。

环境温度对纸基微流体燃料电池性能影响的实验研究

随着诊断和传感领域中小型电子设备对便携式、可持续、清洁电源的需求,刺激了对新型微型电源的研究与开发。纸基微流体燃料电池凭借其结构简单、成本低廉、无污染的特点逐渐成为医学诊断微型电子设备最有前景的供能装置。本文研究了环境温度、燃料浓度对纸基微流体燃料电池输出性能的影响,并且研究了高温下纸基微流体燃料电池的耐久性。研究结果表明,随着环境温度的增大,催化活性不断增强,电池内部离子传输阻力减小,燃料电池输出性能不断提高,温度为45℃时,燃料电池性能达到最优,其峰值功率密度为22.26 mW/cm^(2);提高燃料浓度有利于增强电池内部离子传输速率,减少离子传输阻力,使得电池性能提升;在高温下长时间工作,电池催化剂活性下降,内部离子传输阻力增大,电池性能下降。

具有可渗透阳极的自呼吸微流体燃料电池性能特性

微流体燃料电池去除了质子交换膜,避免了膜退化、水管理等问题,是微型燃料电池领域新的研究热点。本文构建了具有可渗透阳极和空气自呼吸阴极的微流体燃料电池,采用甲酸溶液作为燃料对其性能特性进行了实验研究。结果表明:具有可渗透阳极的自呼吸微流体燃料电池性能随燃料浓度或流量的增加先升高后下降,随电解液浓度的增加而升高;阳极侧反应产生的CO_2气泡对自呼吸微流体燃料电池的性能和燃料利用率的影响较大,适当提高燃料流量有利于气泡的排除。

三维顺排阳极自呼吸微流体燃料电池性能特性

自呼吸微流体燃料电池是很有前景的新型微型电源,目前其性能的主要限制因素是阳极燃料传质。本文构建了具有三维顺排阳极的自呼吸微流体燃料电池,利用圆柱形阳极在流道中容积式的分布增大反应面积,强化燃料传输。本文研究了燃料浓度和反应物流量对电池性能的影响,并对流道中的两相流动进行了可视化观察。实验结果表明:随燃料浓度或反应物流量的增加,电池性能先升高后降低;产生的CO_2气泡能够被限制在阳极电极和隔离棒中,减小了其对阴极侧电解液流动的扰动;气泡会在隔离棒之间聚并形成气膜,气膜周期性形成和排出的动态行为对电池的放电性能具有较大影响。

直接甲酸钠/铁氰化钾微流体燃料电池性能研究

微流体燃料电池(MFC)利用两股流体在微通道内呈平行层流的特性,无需传统燃料电池中的质子交换膜,自动将燃料与氧化剂隔开.本工作构建了阴阳极均为碱性介质且阴极无催化剂即可反应的直接甲酸钠/铁氰化钾MFC,考察了反应物流速、氧化剂浓度、燃料浓度对该电池产电性能的影响.实验结果表明,在反应物流速为200μL·min^(−1),铁氰化钾氧化剂浓度为1 mol·L^(−1),甲酸钠燃料浓度为1.5 mol·L^(−1)时,该微流体燃料电池性能达到最优,其最高功率密度为123.93 mW·cm^(−2),极限电流密度为220.93 mA·cm^(−2).为了获得该电池的稳定运行性能,对电池进行了恒电压放电实验.结果表明,该电池在2.25 h内可以持续较稳定地放电.此外,对该电池在开路状态下进行了电化学阻抗谱测试,获得该电池内阻为18.4Ω.

碳毡可渗透阳极空气自呼吸微流体燃料电池性能

构建了具有碳毡可渗透阳极的空气自呼吸微流体燃料电池,与阳极采用碳纸可渗透电极的空气自呼吸微流体燃料电池进行了对比,在酸性和碱性条件下分别测试了两种阳极的电化学性能以及电池性能,并在碱性条件下对电池内的传质与性能特性进行了实验研究.实验结果表明,无论是酸性还是碱性条件下,碳毡电极的电化学性能均优于碳纸;在酸性条件下,采用碳毡阳极的自呼吸微流体燃料电池的最高功率密度和极限电流密度分别是采用碳纸阳极的自呼吸微流体燃料电池的1.8倍和2.8倍;在碱性条件下,采用碳毡阳极电池的最高功率密度为35.1 mW/cm^2,极限电流密度为192.9 mA/cm^2,分别是采用碳纸阳极的自呼吸微流体燃料电池的5.2倍和7倍;与酸性条件相比,碱性条件下两种阳极的自呼吸微流体燃料电池的性能均较好;在碱性条件下,电池的性能随着燃料及电解液流量的提高而增加,而后保持不变,随着燃料浓度、电解液及支持电解液浓度的提高均呈现先增加后减小的趋势.

三维阳极自呼吸微流体燃料电池性能强化

本文对三维阳极自呼吸微流体燃料电池进行了结构改进,缩短了微通道长度,减小了阴阳极间距,去除了隔离棒,利用阴极附近电解液的快速流动来减轻燃料渗透;研究了该电池的性能特性,考察了电解液浓度、甲酸浓度和反应物流量对电池性能的影响。实验结果表明,该电池性能随电解液及甲酸浓度的升高均先上升后下降,随反应物流量的升高先增加后趋于稳定。当电解液浓度为1.0 mol·L^(-1)、甲酸浓度为0 5 mol·L^(-1)、反应物流量为300μL·min^(-1)时,电池的最高功率密度可达44.6 mW·cm^(-3),比相同体积、相同阳极有效面积的同类电池提高了107%,电池性能得到有效强化。

微射流微流体燃料电池内流动传输数值模拟

微流体燃料电池作为一种新型微型电源受到广泛关注,而阳极侧燃料传质限制是制约其性能提高的关键因素。本文对利用微射流强化燃料传质的空气自呼吸微流体燃料电池建立三维数学模型,研究了微射流几何结构参数对燃料传输及电池性能的影响规律。模拟结果表明:射流孔位于中下游位置时强化燃料传输效果较好;随射流孔数量增加,微射流作用区域逐渐增大,但射流平均速度逐渐降低,使得燃料传输和电池性能先强化后下降;射流孔直径增大导致射流平均速度减小,电池性能降低。