氧燃料离子化喷涂铁基非晶涂层结构和CO_2腐蚀研究

采用氧燃料离子化喷涂工艺成功在碳钢表面制备了铁基非晶涂层,用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计分析涂层的组织结构和硬度,并用原位电化学方法对高温高压CO2条件下涂层的耐腐蚀性能进行了研究。结果表明:所制备的涂层主要由非晶相组成,同时有少量纳米级晶相分布;涂层呈典型层状分布,结构致密,孔隙度仅为0.34%,与基体结合紧密;涂层的平均显微硬度为1350HV0.1,且硬度沿涂层厚度分布均匀;电化学测试表明,在高温高压油气田饱和CO2采出液中,涂层耐均匀腐蚀能力强于碳钢基体材料,但低于316L不锈钢和2507双相不锈钢;另一方面,与316L不锈钢相比,涂层耐点蚀能力显著提高,与2507双相不锈钢接近。

氮/硫双杂化非贵金属碱性阴离子膜燃料电池阴极非铂催化剂

以吡咯和对甲苯磺酸(TsOH)作为碳载过渡金属催化剂的掺杂剂,经溶剂分散及600℃热处理制备了一种高效催化氧还原反应(ORR)的碳载双杂化过渡金属催化剂(Fe-N/C-TsOH-600).利用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂的结构进行表征.运用旋转圆盘电极(RDE)技术研究了该催化剂在碱性介质中催化氧还原的电化学催化活性和稳定性,探讨了不同浓度甲醇溶液对Fe-N/C-TsOH-600催化剂催化氧还原活性的影响.结果表明,以Fe-N/C-TsOH-600制备的气体扩散电极在0.1 mol/L KOH电解质溶液中对氧具有很高的选择催化还原活性和稳定性.当电极经过4800圈循环伏安(CV)扫描测试后,催化剂催化氧还原的性能基本保持稳定,并以4电子途径将氧气催化还原.此外,研究还发现,Fe-N/C-TsOH-600在混有甲醇的碱性电解质溶液中对氧的催化还原选择性比商业Pt/C催化剂高.XPS结果表明,吡咯氮是催化剂高效催化氧还原的主要活性中心,提供氧还原的活性位,而TsOH作为供硫掺杂剂对提高催化剂的活性具有重要作用,其加入后形成的C—S—C有利于催化剂催化氧还原活性的提高,从而使该催化剂对氧还原表现出很好的电催化性能和选择性.

热离子燃料元件堆内稳态性能分析程序开发

热离子燃料元件是影响空间电源系统整体性能、安全可靠性的核心部件,其几何形状、结构材料和运行工况均与传统压水堆燃料元件存在很大差异。为了研究和评估热离子元件堆内稳态辐照行为,本文在充分调研的基础上,建立了适用于热离子燃料元件的计算模型,自主研发了TESPAC程序,实现了国内热离子燃料元件堆内稳态性能分析程序零的突破。利用TESPAC程序对俄罗斯的设计制造的TOPAZ-Ⅱ型热离子燃料元件进行了计算分析,并与俄KATETMOD程序计算值进行对比,结果显示,二者的芯块温度、包壳变形等计算值符合较好。

单节热离子燃料元件燃料质量迁移及其对元件性能影响

单节热离子燃料元件结构紧凑,能够实现静态热电转换,但运行温度高,燃料发生质量迁移,影响燃料元件性能。针对单节热离子燃料元件几何特点建立燃料质量迁移模型和热电转换模型,开发单节热离子燃料元件稳态性能分析程序,将计算结果与中国原子能科学研究院堆内试验数据对比验证后,开展了单节热离子燃料元件稳态性能分析。研究发现燃料轴向质量迁移使燃料元件功率发生轴向再分布,从而展平轴向温度分布,使热电转换效率发生小幅下降。燃料元件运行功率越高,中心孔道初始直径越小,中心孔道堵塞风险越高。径向质量迁移使燃料芯块和发射极在运行早期即发生接触,发射极在接触下发生蠕变,蠕变量受燃料芯块轴向质量迁移影响。

气体扩散电极参数对阴离子交换膜燃料电池性能的影响(英文)

优化了碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFC)使用的气体扩散电极(GDE),发现催化层中PTFE含量与催化剂担载量对电池性能与其电化学动力学特征影响很大.采用i-V曲线,开路电压,电池内阻与在线的电化学阻抗谱与动力学分析,评估了所制GDE的电化学性能.在所研究的AAEMFC电极催化层中,PTFE的最佳含量是20%,Pt载量对膜电极三相界面、催化层导电性与催化剂利用率的影响极大.当制备的GDE催化层中Pt/C的Pt载量为1.0 mg/cm2,PTFE含量为20%时,AAEMFC的峰电流密度在50 oC达到了213mW/cm2.兼顾Pt催化剂的利用率与成本,在没有明显影响电池性能的情况下,Pt的担载量可降至0.5 mg/cm2.

阴离子交换膜燃料电池阳极催化剂的研究进展

阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)可使用非贵金属催化剂,且电极反应速率快。阳极催化剂的选择和制备对提高燃料氧化速率和燃料电池的电流密度及降低成本等有很大影响。本文从阴离子交换膜阳极催化剂的种类、制备方法,催化剂的载体等角度对阳极催化剂的研究现状进行分析。分析表明,在阳极催化剂中掺杂金属、金属氧化物或非金属氧化物,能充分发挥各元素的协同作用,从而提高催化剂的电催化性能;改进制备方法可以提高催化剂的比表面积,改变元素的分布。对催化剂载体进行改性以改善载体自身的孔径分布,提高比表面积和稳定性,或寻求导电性好、比表面积大、耐腐蚀的新载体材料(如SiC、Ti等),均可以提高催化剂的载量和催化剂在载体上的分散度等,从而提高阴离子交换膜燃料电池的性能。

单节热离子型月面堆电源堆芯方案研究

核反应堆电源是月球科研站电力供应最重要选项之一。根据月球科研站的用电需求,给出了净电功率为40kWe,寿命为10a的单节热离子型月面核反应堆电源堆芯方案。由于单节热离子燃料元件既可以在地面完成燃料装载也可较为方便地在月面进行燃料装载,提出两种不同燃料装载模式下的堆芯方案。通过燃料分区装载对堆芯方案进行了径向功率分布的优化,并对堆芯的功率分布、温度效应、转鼓与安全棒价值、燃耗及氢泄漏效应、反应性平衡以及特殊临界安全问题进行了计算分析。结果表明,两种堆芯方案均能满足中子学设计及特殊临界安全的要求且各有特点。研究成果可为月面堆电源堆芯方案的选择以及工作流程的制定提供参考。

合成苯酚的有机合成型离子膜燃料电池的研究Ⅱ——气体流量和分压对有机合成型燃料电池放电性能的影响

研究了气体流量和分压对合成苯酚的有机合成型离子膜燃料电池放电性能的影响。发现当氧气压力为0.32Mpa、氧气流量在5 ml/min-15ml/min 时,电池放电电性能最好。

车用离子膜燃料电池技术及开发

1 引言 电动汽车以其特有的优点——零污染排放,噪声小、容易控制而倍受重视。美国、日本等西方发达国家至今已投入数十亿美元用于电动汽车的研究。

Al_(2)O_(3)-CeO_(2)复合电解质的制备及其半导体离子燃料电池性能

通过共沉淀法制备了Al_(2)O_(3)-CeO_(2)复合材料,并将其作为电解质应用于半导体离子燃料电池(SIFC)。探究了Al_(2)O_(3)、CeO_(2)物质的量之比不同的Al_(2)O_(3)-CeO_(2)复合电解质对SIFC电化学性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对材料进行了表征。其中,Al_(2)O_(3)、CeO_(2)物质的量之比为1∶0.5的Al_(2)O_(3)-CeO_(2)(1∶0.5)电池获得了最佳性能,在550℃下,开路电压为1.099 V时最大功率密度为1142 mW·cm^(-2)。得益于复合电解质在测试气氛下两相间的界面效应,Al_(2)O_(3)-CeO_(2)(1∶0.5)电池在较低测试温度下取得了优异的混合离子传导和功率输出性能。

燃料电池用阴离子交换膜的研究进展

碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)是一种以碱性阴离子交换膜为电解质的新型燃料电池。结合了质子交换膜燃料电池(PEMFC)和传统碱性燃料电池(AFC)的优点,从根本上摆脱了对贵金属催化剂的依赖,具有广阔的应用前景。阴离子交换膜是阴离子交换膜燃料电池的核心材料之一,其电导率及稳定性制约了碱性阴离子交换膜(AEM)的发展。从提高AEM的电导率及耐碱稳定性两个方面,对近期报道的研究工作进行梳理总结。

合成苯酚的有机合成型离子膜燃料电池的研究——Ⅰ电极添加剂对合成苯酚的有机合成型燃料电池放电性能的影响

研究了电极添加剂聚四氟乙烯乳液(PTFE)对合成苯酚的有机合成型离子膜燃料电池放电电流密度和放电电压的影响,结果表明当电极催化层中 PT-FE 含量为25%时,电池放电电流密度和放电电压出现最大值。

高能聚变产物与燃料粒子间的核加库仑相干散射

在具有较高电子温度的D 3He聚变等离子体中 ,强子弹性散射、核加库仑相干散射和核反应产物的传播等效应变得相对重要 ,而聚变产生的高能离子与电子的库仑相互作用变弱。部分本底燃料离子被聚变产生的高能离子轰击而成为麦克斯韦分布函数尾部的“超热”燃料离子 ,从而提高了D 3He聚变反应。

主链结构对阴离子交换膜碱稳定性的影响

碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFCs)可使用低成本的非Pt催化剂,具有反应高效及环境友好等优点,因可在一定程度上取代质子交换膜燃料电池(PEMFCs)而备受关注.阴离子交换膜(AEMs)作为AAEMFCs的核心部件,需要兼备优异的OH-传输性能、机械性能、热稳定性及碱稳定性等.但目前AEMs仍面临的巨大挑战是耐碱性较差,不能够大规模商业化应用.本文重点综述了聚合物主链结构对AEMs的碱稳定性的影响,分析总结了碱性环境下AEMs主链的降解机理及提高碱稳定性的解决思路,并对未来可能的发展方向进行了展望.

阴离子交换膜阳离子基团的碱稳定性研究进展

碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFCs)因其优异的动力学反应特性、可使用低成本的非Pt催化剂、可抑制燃料渗透等优点而得到迅速发展.阴离子交换膜(AEMs)作为AAEMFCs的核心部件,对AAEMFCs的性能起到直接且关键的影响.为满足AAEMFCs的使用性能,AEMs通常需要具备高OH^(-)电导率及优异的热稳定性、机械稳定性及碱稳定性.然而目前AEMs的碱稳定性仍面临着巨大挑战.AEMs碱稳定性的下降主要是由于碱性环境下AEMs的聚合物骨架和阳离子基团的降解所致.本文将结合近年来国内外研究进展梳理AEMs的阳离子基团的碱稳定性问题及解决思路,并对其未来的发展趋势进行了合理的预测.

聚苯乙烯阳离子交换树脂碳化产物的X射线衍射分析

用X射线衍射法分析了聚苯乙烯阳离子交换树脂碳化产物石墨化度和微观结构参数 ,结果表明聚苯乙烯阳离子交换树脂在1000℃以下碳化处理的样品 ,石墨化程度都很低 ,属于在中低温条件下较难石墨化处理的树脂样品 ;H型树脂碳化产物的晶面层间距随着碳化处理温度升高而依次减小 ,并且 (002)晶面层间距减小速度快于 (100)晶面 ;H型树脂在低温碳化处理条件下 ,主要是在二维平面结构上演变成石墨微晶 ,只有碳化处理温度较高时 ,平面结构的石墨微晶才相互调整 ,形成纵向平行有序的微晶体 ;树脂掺杂金属离子后 ,有利于树脂在碳化过程中形成的石墨微晶层片纵向有序排列 ;掺杂不同金属离子的树脂碳化样品 。

碱性阴离子交换聚合物膜研究进展

碱性燃料电池(AFCs)是一种直接将化学能转化为电能的发电装置,因其高效、环保等优点,得到了科学界与工业界的广泛关注。阴离子交换聚合物膜作为碱性阴离子交换膜燃料电池的核心组成部分,要求其具备优异的电导率、良好的化学稳定性及力学强度。本文主要从聚合物主链及阳离子官能团的结构与性能之间的关系及调控方式方面,综述了碱性阴离子交换膜的研究进展。

含氰基基团的阴离子交换膜的制备

在近十年中,阴离子交换膜燃料电池得到迅速发展,阴离子交换膜作为阴离子交换膜燃料电池的核心部位,其性能好坏直接影响碱性燃料电池的使用。为了更好地合成新型的阴离子交换膜,提高阴离子交换膜的耐碱性与离子传导率,提升阴离子交换膜的使用寿命。因此本文采用具有含极性氰基(-CN)基团的侧链与具有优异碱稳定性的聚联苯哌啶聚合物进行接枝反应,制备了含极性分子氰基的侧链型阴离子交换膜。

同轴电纺碳纳米管掺杂咪唑聚砜阴离子交换膜的研究

阴离子交换膜是燃料电池的核心部件之一。掺杂阴离子交换膜中无机/有机物相容性低,限制了其掺杂量和性能提升。提出了有机-无机同轴纤维化的增强方法,采用同轴静电纺丝将掺杂功能化碳纳米管的咪唑化聚砜纤维化,再经热压成膜形成增强网络。在同轴纺丝头的内管添加碳纳米管,将其包裹限域在纤维芯层提高碳纳米管与咪唑聚砜的无机-有机相容性,使碳纳米管掺杂量从单轴电纺膜的0. 4%提高至0. 6%。同轴电纺膜的氢氧根离子电导率(60℃下49. 7 m S/cm)、耐溶胀性能(60℃下10. 5%)和热碱稳定性(60℃、1 mol/L KOH溶液浸泡168 h电导率保持85. 3%)均高于单轴电纺膜和浇铸膜。结果表明,有机-无机同轴纤维化方法可以有效提高阴离子交换膜的相容性、电导率和耐溶胀性。