甲醇重整固体氧化物燃料电池热电联产系统热力学分析与优化设计

甲醇燃料因其来源广泛、易于储运的特点,在固体氧化物燃料电池的船舶应用方面具有较大的潜力。该文提出面向船舶平台的甲醇燃料固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)热电联产系统,基于甲醇重整反应动力学建立重整反应器模型,通过Aspen Custom Model软件建立SOFC机理模型。针对甲醇重整过程水醇比及反应器温度、SOFC工作过程燃料利用率及工作温度双参数共同作用的影响进行详细分析。结果表明,甲醇重整过程最佳水醇比为1.3/1,最佳反应出口温度为280℃;SOFC最佳工作温度和燃料利用率分别为760℃和0.65;系统能量损失和(火用)损失随SOFC电功率增加而增加;SOFC电功率为50 kW时,SOFC电效率、系统能量效率和(火用)效率分别为59%、89%和41%。所提出的热电联产系统可实现高效热电供应,为SOFC船舶平台应用提供一定建议。

一种新型直接甲醇燃料电池阳极添加剂的电化学研究

将磷钼酸 (H4PMo12 O40 ·xH2 O ,PMo12 )作为一种添加剂 ,制备了直接甲醇燃料电池阳极Pt Ru/C PMo12 复合催化剂 ,并对甲醇在含有此复合催化剂的阳极上的氧化进行了电化学研究 .测试表明该添加剂降低了甲醇及其电氧化中间产物转化的活化能 ,改善了电极内部的质子传输状况 ,对甲醇的电化学氧化过程具有明显的促进作用 ,该复合催化剂与常规的Pt Ru/C催化剂相比 ,甲醇的阳极氧化电流提高了 46% .

金属双极板在模拟直接甲醇碱性燃料电池环境中的电化学行为

直接甲醇碱性燃料电池(DMAFC)由于采用了碱性电解质膜,许多在酸性介质中无法使用的非铂金属成为可选的催化剂已经引起了大家的普遍关注。双极板,特别是金属双极板作为DMAFC中一个关键材料对电池的输出性能起着重要的作用,其腐蚀性的大小决定了燃料电池的使用寿命长短。迄今为止,金属双极板在DMAFC中的研究国内外少见报道。本文对比研究了不锈钢316L和石墨作为双极板在模拟DMAFC中的电化学性能。动电位和电化学阻抗谱分析结果表明:不锈钢316L腐蚀电流低于石墨,其极化电阻明显高于石墨,恒电位实验结果与Tafel曲线分析结果一致,验证了动电位和电化学阻抗谱的实验结果。说明在碱性环境中,金属双极板与电解质溶液之间的反应活性比石墨双极板低,为拓宽不锈钢316L在DMAFC的应用奠定了理论基础。

直接甲醇燃料电池膜电极电化学性能影响因素

研究了温度、Nafion膜类型、甲醇浓度和甲醇流量对直接甲醇燃料电池 (DMFC)膜电极 (MEA )电化学性能的影响。甲醇流量的改变几乎不影响膜电极性能 ,而温度、Nafion膜类型和甲醇浓度对膜电极电化学性能有明显影响。在阴极为常压空气的条件下 ,本实验得到的MEA的最佳运行参数为 :t=60℃ ,聚合物电解质为Nafion 117膜 ,甲醇浓度为 1mol/L ,甲醇流量为 1ml/min或 6ml/min。

液体进料直接甲醇燃料电池的电化学性能

采用循环伏安法、交流阻抗法和稳态电流 电压极化曲线法,研究了不同操作条件下液体进料直接甲醇燃料电池(DMFC)的放电性能,分析了甲醇浓度、电池工作温度和氧气压力对电极反应的影响。DMFC的放电性能因电池工作温度和氧气压力的提高而改善。增大甲醇浓度,阳极反应动力学性能改善,浓差极化被推迟,但甲醇穿透量同时增加。电池性能在甲醇浓度为2.0mol/L时达到最佳。

直接甲醇燃料电池电化学性能

以Pt—Ru／c和Pt／C分别为阳极、阴极催化剂，自制了膜电极，并组装了直接甲醇燃料电池（DMFC）以及测试系统．通过稳态电流-电压极化曲线法，研究了甲醇流量、甲醇浓度、甲醇温度以及空气增湿温度对DMFC电化学性能的影响．研究结果表明。在电池温度为25℃以及阴极为自然空气的条件下，当DMFC输出电压为0．22V时，其输出电流密度和峰值功率密度分别可以达到68mA·cm^-2和14．8mw·cm^-2，且各因素对电池性能存在着明显的影响．实验的最佳运行工艺参数：甲醇流量为2mL·min^-1，甲醇浓度为2mol·L^-1，甲醇温度为30℃，空气增湿温度为40～60℃．

甲醇直接氧化催化剂及其电化学性能研究

采用还原法制备了甲醇电氧化催化剂 ,运用循环伏安法测定了不同温度下催化剂的活性和稳定性。利用XRD技术分析了催化剂的晶体结构 ,制作了DMFC单电池 ,测定催化剂电化学性能。结果表明 :随着温度升高 ,甲醇电氧化峰值电流增大 ,峰值电位正移。在 0 .1mol·L- 1 CH3OH/ 0 .1mol·L- 1 H2 SO4电解液中 ,玻碳电极上所涂布的Pt催化剂量为 0 .2mg/cm2 时 ,80℃时的甲醇电氧化峰值电流达到 132mA/cm2 ,而峰值电位相对于Hg/Hg2 SO4电极 (MSE)仅为+0 .66V ,经多次循环扫描达到稳态峰值电流后 ,峰值电位不产生正移。XRD分析表明 ,催化剂中的铂以Pt( 111)晶态存在。采用液体进样 ,甲醇浓度为 2 .5mol·L- 1 ,常压、工作温度为 80℃时 ,DMFC单电池开路电压为 0 .58V ,输出电压为 0 .4V时 ,单电池输出电流达 16mA/cm2 。

直接甲醇燃料电池中碳基载体材料的研究进展

甲醇氧化电催化剂是决定直接甲醇燃料电池(DMFCs)性能、寿命与成本的关键。为获得高功率密度和低生产成本的DMFCs,设计合成组成、结构、形貌可控的阳极催化剂备受关注。阳极催化剂的颗粒尺寸、粒径分布、形貌结构、稳定性、分散性以及催化活性都与载体息息相关,而碳基载体材料由于其优异的性能已广泛应用于DMFCs中。首先,介绍了酸性环境和碱性环境中甲醇氧化反应的机理;然后,对不同形式的碳基载体材料,如炭黑、介孔碳、碳纳米材料、氧功能化碳、杂原子掺杂碳以及金属氧化物改性碳作为催化剂载体在DMFCs中的应用进行了综述;最后,对DMFCs的发展趋势进行了展望。

光辅助直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFCs)因其能够在较低工作温度下提供清洁、可持续能源方面的潜力而备受关注,但阳极缓慢的甲醇氧化反应(MOR)限制了其商业化应用。光辅助直接甲醇燃料电池(PMFCs)能利用光电耦合机制加速MOR过程,实现甲醇的化学能高效转化为电能,为开发高效、可持续的能源转换系统带来了巨大希望。本文首先简要回顾了PMFCs的背景、意义和在能源研究中的价值。从PMFCs的基本结构组成和酸碱介质下甲醇光电催化氧化的基本路径出发,总结了PMFCs阳极光电催化剂的研究进展。重点针对不同类型的PMFCs阳极光电催化剂,讨论光辅助下的MOR增强机制,如催化剂的尺寸效应、晶面效应、吸光性能、导电性以及表面等离激元共振(SPR)效应等方面的影响。PMFCs未来需要重点关注的研究方向是深入理解PMFCs的光电耦合机制和PMFCs阳极催化剂的构效关系,以及解决实际二电极系统下PMFCs光阳极的设计问题。

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的失活机制及应对策略

甲醇氧化电催化剂是决定直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cells,DMFC)性能与成本的关键。目前,铂基催化剂是最有前途的高效甲醇氧化电催化剂,但在反应过程中存在活性位的迁移、团聚与浸出、中毒以及载体的腐蚀与坍塌等原因引起的失活问题,阻碍了其进一步商业化发展。如何提高直接甲醇燃料电池阳极催化剂的稳定性是一个亟待解决的难题。本文首先总结了甲醇的电氧化原理和催化反应机理,详细综述了阳极催化剂的失活机制以及抑制改善其失活方面所取得的研究进展。最后对该领域未来的发展方向进行了展望,并指出利用限域作用限制活性金属的迁移和聚集,构建多元合金,设计增强复合型载体,将理论研究和原位表征技术相结合,是今后开发更高效、稳定阳极催化剂的重点研究方向。

碳纳米管纯化对Pt/CNTs催化甲醇电化学氧化活性的影响

探索了一种适用于 Pt/CNTs催化剂的纯化方法 .利用比表面积测定、 X射线衍射 ( XRD)、透射电子显微镜 ( TEM)和电化学等手段进行了表征 .研究结果表明 ,经该方法纯化的 CNTs作为载体制备的阳极催化剂表现出明显优于相应的混酸氧化法纯化的

PtRu/C电催化剂上甲醇吸附氧化过程的电化学原位红外光谱

采用调变的多元醇法制备了高分散的Pt/C,PtRu/C和Ru/C电催化剂.XRD计算结果表明,PtRu/C电催化剂的平均粒径和合金度分别为2.2 nm和71%.采用电化学方法和原位傅里叶变换红外反射光谱方法(in situFTIRS)研究了甲醇在3种电催化剂上的吸附氧化过程,发现PtRu/C对甲醇的催化活性明显高于Pt/C,Ru的加入一方面影响了甲醇在Pt上的解离吸附性能,另一方面提供了Ru-OH物种,从而抑制了低电位下电催化剂中毒.红外光谱研究结果表明,线性吸附态CO(COL)是主要毒化物种,反应产物主要是CO2,还有少量的甲酸甲酯.根据实验结果讨论了甲醇在PtRu/C电催化剂上的氧化机理.

Sm^(3+)对甲醇电化学氧化反应的助催化作用

分别以相同面积的光滑 Pt电极和吸附了 Sm3+ 的铂电极作为工作电极 ,在酸性介质中采用循环伏安法对甲醇氧化进行测定 .结果表明 ,吸附了 Sm3+ 的 Pt电极上产生了更大的氧化电流 ,表明 Sm3+ 的加入对甲醇的电催化氧化起到了促进作用 .这一研究结果在直接甲醇燃料电池 ( DMFC)

直接甲醇燃料电池甲醇电氧化催化剂研究的新动向

概述了直接甲醇燃料电池甲醇电氧化催化剂最近的一些研究情况。电化学沉积法和采用有机金属前驱体、有机溶剂中还原金属化合物制备催化剂的方法可以有效地控制催化剂组成、分布、颗粒大小 ;铂 -金属大环化合物对甲醇的电催化氧化具有很好的催化活性 。

等效电路模型法预测动态工况下微型直接甲醇燃料电池剩余使用寿命

微型直接甲醇燃料电池(μDMFC)具有能量密度高、可便携使用、快速补能以及环境友好等优点.然而,由于膜电极在电化学反应中会退化,μDMFC的有效使用寿命有限,所以需要对其健康状态与剩余使用寿命进行评估,为燃料电池改性和控制策略提供决策支持.在结合数据驱动和机理模型预测方法的基础上,针对动态运行工况,提出一种基于等效电路模型(ECM)的μDMFC剩余使用寿命预测方法.在燃料电池的性能退化指标中,电池输出电压可以被实时监测从而获得电池的退化趋势,但这一指标无法单独提供精确的预测结果.通过测量电化学阻抗谱并结合ECM可以得到电池内部阻抗等深层信息,但这些深层信息不易被实时监测,通常只能低频离线测量.此外,燃料电池在实际应用中多处于变工况状态,其退化趋势和使用寿命受工作环境影响,传统基于电压退化趋势回归的预测方法无法应对工况的动态变化.因此,可通过定期离线获取内部退化参量建立预测模型.实验结果表明:与传统数据驱动的方法相比,基于内部退化参量的预测方法能更好地适应变工况环境,在燃料电池剩余使用寿命预测中具有更好的性能.

直接甲醇燃料电池PtSn/C催化剂对甲醇氧化的电催化活性

采用低温固相反应法制备了直接甲醇燃料电池用PtSn/C阳极催化剂,采用XRD、TEM等测试方法对催化剂的晶体结构和粒径大小进行了表征.结果表明:采用低温固相反应法制备的PtSn/C催化剂和Pt/C催化剂均表现为Pt的fcc晶体结构;Sn的加入导致Pt的晶胞参数增大;与同法所制Pt/C催化剂相比较,PtSn/C催化剂中金属Pt在碳载体上分布较均匀,金属粒子的粒径较小,平均粒径约为4.8nm,从而具有更大的反应表面积.电化学测试表明,对于甲醇电氧化,PtSn/C催化剂具有比Pt/C催化剂更强的催化能力.

微波合成PtRu/C纳米催化剂及其对甲醇电化学氧化性能

0引言直接甲醇燃料电池(DMFC)具有能量转化效率高、无污染、无噪音、系统结构简单、能量密度高和燃料补充方便等优点,在交通、通讯、军事和航天等方面具有广泛的应用前景.由于PtRu/C催化剂对甲醇的电化学氧化具有很好的催化活性和良好的抗CO中毒性能,是DMFC中最主要的阳极催化剂.其传统的制备主要是采用浸渍-还原方法,即:把碳载体充分浸渍在含有贵金属盐的溶液中,然后使吸附在碳载体上的金属盐在还原性气氛下高温还原.但是这种方法难以获得尺寸和形状均匀的纳米粒子.众所周知,催化剂微粒的大小和均匀性是影响其催化性能的一个重要因素.因此,如何制备粒径适宜、大小均匀,并高度分散在碳载体上的PtRu合金纳米粒子对于获得高性能的DMFC阳极催化剂具有重要意义.微波辐射加热具有快速、均匀和高效的特点,已经被广泛地运用在多种纳米材料的合成中,如:金属氧化物[1～3]、硒化物[4,5]、硫化物[6]和单分散金属纳米粒子[7～10].最近有报道微波协助加热的多元醇工艺可以合成聚合物保护的多种纳米金属粒子(如Pt,Ru,Pd和Ag等),这些纳米粒子具有细小和均匀的粒径[7～10].

直接甲醇燃料电池含氧空穴CaTiO_(3)阴极助催化剂研究

作为便携移动电源,直接甲醇燃料电池(DMFC)在高海拔、低氧浓度条件下的性能变化直接影响其实际应用效果。针对低氧浓度条件下,DMFC阴极极化损失增大问题,通过水热模板法合成CaTiO_(3)助催化剂,与商品Pt/C催化剂进行不同比例掺杂,对掺杂催化剂进行了X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)和透射电子显微镜法(TEM)等表征分析以及旋转圆盘电极(RDE)、单电池电化学测试。与商品Pt/C催化剂相比,掺杂(CaTiO_(3)与Pt/C的质量比为1∶1)催化剂的半波电位正移39 mV;当氧浓度从100%逐渐降低到10%,Pt/C膜电极峰值功率密度降低了38.62%,Pt/CCTO膜电极峰值功率密度降低15.03%。在10%低氧浓度下,Pt/C-CTO膜电极峰值功率密度较Pt/C膜电极峰值功率密度高40.54%。

钼酸盐的电化学行为及其对甲醇氧化的催化作用

用循环伏安和线性电位扫描法研究了硫酸溶液中多晶铂电极上Na2 MoO4 的电化学行为及其对甲醇氧化的催化作用。结果表明 ,Na2 MoO4 在 3 .7mol/LH2 SO4 溶液中 ,一步还原生成不稳定的有色产物钼青铜 (HxMoO3) ,还原峰电位为0 .0V(相对于饱和甘汞电极 ) ,并有一对应氧化峰。多晶铂电极因钼酸盐的还原与氧化而得以修饰。这种修饰电极对甲醇的氧化有很强的催化作用。修饰多晶铂电极上甲醇的氧化电流远大于未修饰多晶铂上的氧化电流。在 1mol/LCH3OH + 0 .0 5mol/LNa2 MoO4 + 3 .7mol/LH2 SO4 溶液中 ,正向扫描电位超过还原钼酸盐氧化峰电位后 ,氧化电流大于相应甲醇和钼酸盐硫酸溶液中氧化电流和的 2倍以上。甲醇在未修饰多晶铂电极上由于吸附一氧化碳中毒引起的电流下降现象 ,也因还原钼酸盐的修饰作用而消失。

CoPt纳米空心球甲醇电催化氧化和原位电化学傅里叶变换红外光谱研究

采用化学还原和电位置换法制备了CoPt纳米空心球,该催化剂对甲醇氧化表现出较好的电催化活性.透射电镜(TEM)、能量散射光谱(EDS)和电化学循环伏安实验结果表明,在0.1mol·L-1H2SO4+0.1mol·L-1CH3OH中进行测试时,CoPt纳米空心球发生了去合金化过程,催化剂表面Co元素溶解,形成了富Pt表面,表现出更好的电催化活性,同时表现出较好的结构稳定性.采用原位电化学红外光谱在分子水平研究了CoPt纳米空心球上甲醇氧化过程,发现甲醇在CoPt纳米空心球氧化中间产物主要为CO,且CO表现出异常红外效应,与CO为探针分子在CoPt纳米空心球上得到的红外光谱结果一致.研究结果表明,去合金化方法是一种有效调节催化剂表面组成和性能的手段,原位电化学红外光谱是潜在的原位研究有机小分子氧化机理的方法,在燃料电池中将得到广泛的应用.