酸处理的碳作为阳极电催化剂用于直接抗坏血酸碱性膜燃料电池(英文)

为改善电催化活性和亲水性,作者对商业碳黑(BP2000)进行了酸处理,获得了酸处理碳(ATC).通过X光电子能谱、红外光谱、热重和接触角测试的表征方法证明了酸处理在碳表面产生了丰富的含氧基团.本文首次利用紫外可见光谱测试了碱性条件抗坏血酸(AA)在空气中的化学氧化活化能,结果为37.1 kJ·mol^(-1).另外,利用交流阻抗谱对碱性条件下ATC作为电催化剂时AA的氧化反应的活化能进行了评价.碱性条件下,AA在单电池中有无ATC电催化剂层条件下的活化能分别为26.5和34.5 kJ·mol^(-1),活化能的降低表明ATC是一种有效的阳极电催化剂.作者将ATC应用于直接碱性膜AA燃料电池(DAAFCs)作为阳极电催化剂,并且对DAAFC中一系列参数进行了优化,包括催化剂在膜(CCM)或气体扩散层(CDM)上的喷涂方法、阳极电催化剂的载量、阳极电催化剂中碱性聚合物的比例.结果表明,采用CCM的膜电极制备方法、0.5 mg·cm^(-2)的ATC载量、25wt%的碱性聚合物添加比例时,DAAFCs单池的功率密度可达18.5 mW·cm^(-2),远高于使用商品PtRu/C(5 mW·cm^(-2))做阳极电催化剂的单池.在寿命测试中,使用溶解于1 mol·L^(-1)NaOH水溶液中的0.5 mol·L^(-1) AA作为燃料(流速15 m L·min^(-1)),DAAFCs单池的功率密度可以在25 min内维持在4 mW·cm^(-2)以上(75°C).

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。

碱性电解质膜直接甲醇燃料电池

碱性电解质膜直接甲醇燃料电池 (AEMDMFC)由于采用了碱性体系 ,阴阳极的电催化性能大幅提高 ,许多在强酸介质中无法使用的非铂金属和氧化物成为可选的催化剂 ,电渗方向的改变也抑制了甲醇从阳极向阴极的穿透。这些优点使AEMDMFC有望解决长期困扰质子交换膜直接甲醇燃料电池 (PEMDMFC)的难题 ,不过AEMDMFC阳极区电解质碳酸化所引起的热力学电压Q损失也是不容忽视的。论述了AEMDMFC的特征 ,分析了其热力学上的缺点和动力学方面的优势 。

碱性直接甲醇燃料电池的研究进展

甲醇及非贵金属在碱性介质中的氧化特点和高活性为直接甲醇燃料电池的发展开辟了新的方向,即碱性直接甲醇燃料电池(ADMFC)。综述了ADMFC的特点、研究现状及面临的挑战和发展趋势。

阴离子膜直接甲醇燃料电池

目前质子交换膜直接甲醇燃料电池(PEM-DMFC)面临着甲醇在阳极的电氧化性能差和甲醇从阳极渗透到阴极严重这两大难题。阴离子膜直接甲醇燃料电池(AEM-DMFC)由于采用碱性体系阴阳极的电催化性能大幅提高,电渗析方向的改变减小了甲醇从阳极向阴极的渗透,这些优点有望解决PEM-DMFC目前所面临的难题。主要论述了阴离子膜DMFC的原理,及与质子膜DMFC对比,并对甲醇在碱性条件下电氧化催化剂,氧化机理及反应速率影响因素进行介绍和评述以及对AEM-DMFC的发展做出了展望。

碱性甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

综述了直接碱性甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展．由于采用碱性电解质,甲醇电化学氧化催化剂的选择可不再受只有铂才会表现较高的电催化活性的限制．指出了研究比较多的非铂催化剂Au,Pd,Ni和钙钛矿型稀土氧化物的研究机理,为进一步发展新型催化剂提供了新方向．

阴离子膜直接甲醇燃料电池阴极氧电还原研究

阴离子膜直接甲醇燃料电池(AEM-DMFC)采用碱性体系,阴阳极反应环境优越,反应过电位较低,电渗析与甲醇渗透方向相反,甲醇进入阴极的速率较小,电池功率密度和发电效率明显高于质子膜直接甲醇燃料电池(PEM-DMFC)。碱性条件下,阴极氧还原电催化材料的研究和应用多集中于Pt/C和Ag/C,因其活性和抗甲醇性不足,反应过电位较高,AEM-DMFC的优势并未得到充分体现,因此开发新型阴极电催化剂成为提高AEM-DMFC性能的关键问题。

甲醇系燃料电池催化阳极研究进展

直接碱性甲醇燃料电池因其体积小、能量密度大等优点已成为最具发展前景的燃料电池之一。传统的燃料电池普遍采用酸性电解质,由此带来的材料腐蚀一直是电池实际应用的瓶颈,本文讨论的燃料电池采用碱性电解质,以阳极为代表的甲醇电化学氧化催化剂的选择可不再受只有铂才会表现较高的电催化活性的限制。近十年的研究成果表明非铂的Au,Pd,Ni基催化剂和钙钛矿型稀土氧化物均具有较理想的甲醇阳极催化性能。同时综述了阳极催化的相关反应机理,为进一步发展新型催化剂提供了新方向。

低温燃料电池电催化剂

低温燃料电池具有起燃温度低、能快速启动的优点。综述国内外AFC、PEMFC、DMFC等3种低温燃料电池的电催化剂的研究进展。为达到商业化目的,这3种电催化剂材料尚需要作较大的突破,对于贵金属催化剂,应大力开发与贵金属复合的多元催化剂,提高贵金属利用率,降低贵金属担载量,并进一步增强其抗CO中毒能力。

燃料电池的演化及发展探析

对燃料电池的工作原理进行了详细的分析;对其演化过程进行了简述;对其最新技术进行了详细的研究;对国内燃料电池技术的发展提供了参考意见。

碱性燃料电池用PFA基季铵盐类阴离子交换膜的稳定性

采用辐射接枝法将氯甲基苯乙烯(VBC)接枝到四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)基底上并对其进行季铵化和碱性化改性制备了阴离子交换膜(PFA-g-PVBC).对制得的膜采用薄膜拉伸试验、热重(TG)、热水和热碱处理等方法考察了其机械性能、热稳定性和化学稳定性.结果表明:PFA-g-PVBC阴离子交换膜具有良好的机械性能,该膜在60℃去离子水中和室温下碱性溶液中可稳定存在,但在60℃碱性溶液中因Hofmann降解反应和直接亲核取代反应而导致其电导率下降.将该膜应用于常温"自呼吸"式碱性直接乙醇燃料电池中,30mAcm-2恒电流放电情况下,电池可一次性连续放电10h以上,累计放电时间长达30h.

氮掺杂无定形碳负载Pd催化剂对甲醇的电催化氧化

采用800℃高温煅烧聚邻甲基苯胺(POT)的方法制备了含氮的新型无定形碳(CxN)载体,其氮含量约为8.5%(w).氮元素的存在使载体具有极性,显著提高载体的化学活性,有利于钯纳米粒子在载体表面的沉积和分散,使CxN负载钯纳米粒子催化剂(Pd/CxN)具有较大的电化学活性表面积,在碱性介质中对甲醇氧化具有很高的催化活性和稳定性,表明CxN在直接甲醇燃料电池研究中是一类很有潜力的催化剂载体.

镍/生物质衍生氮掺杂多孔碳纳米复合材料的制备及对甲醇氧化反应的电催化

以Ni(Ac)_(2)·4H_(2)O和生物质材料丝瓜络为原料,通过先浸渍后热解的方法制备了低成本的镍纳米颗粒/丝瓜络衍生氮掺杂多孔碳纳米复合材料(Ni/T⁃dNPCN)。研究复合材料对甲醇的电催化性能,并讨论热解温度对复合材料结构和性能的影响。结果表明,Ni/T⁃dNPCN修饰玻碳电极(GCE)在碱性条件下对甲醇氧化反应(MOR)具有良好的电催化活性。其中,800℃煅烧得到的Ni/T⁃dNPCN_(800)/GCE对1 mol·L^(-1)甲醇具有最低的起始电位(0.344 V(vs Ag/AgCl))、最高的催化电流密度(质量活性:1902 mA·mg_(Ni)^(-1);比活性:1.61 mA·cm^(-2))和最快的动力学反应过程(Tafel斜率:50.23 mV·dec^(-1)),其催化活性约为商业化Pt/C/GCE的3.92倍。且计时电流测试表明,Ni/T⁃dNPCN_(800)/GCE具有良好的稳定性。

磺化聚酰亚胺质子导电材料的研究进展

由于Nafion膜在工作温度超过90℃的燃料电池中,或者是在直接甲醇燃料电池中的种种不良表现使得燃料电池的应用得到制约,所以发展新型导电聚合物电解质膜就与聚合物燃料电池的发展紧密联系在一起。近些年来这个领域的研究成果包括新的离子聚合物、用于控制形态及保水能力的纳米无机颗粒复合膜,以及碱性聚合物与含氧酸的络合物等。而聚酰亚胺,作为一种耐高温的含氮杂环碱性聚合物,在电解质燃料电池中正表现出广阔的应用前景。

石墨烯负载铂铅氧化物的制备及电催化性能研究

铂金属是燃料电池催化剂的主要活性位点,表面修饰和载体优化是提高铂基催化剂催化活性的常用方法。选用还原氧化石墨烯(RGO)作为载体,Pt-PbO2纳米复合材料作为ORR的催化活性位点,采用两步合成法制备比表面积大和高分散性的Pt-PbO2/RGO复合材料。XPS表征结果说明,Pt-PbO2/RGO复合材料中的铂金属电子结构因PbO2的加入发生了变化。电化学性能测试结果说明,Pt-PbO2/RGO复合材料(半坡电位为0.89V)作为一种ORR催化剂具有优异的催化活性。电化学稳定性测试结果证明,Pt-PbO2/RGO复合材料具有较为稳定的性质。

Pd-Cu/RGO催化剂的制备及催化性能的研究

用一锅水热法制备了颗粒状Pd-Cu双金属催化剂,共同负载于石墨烯上,说明形貌的改变对催化剂的催化性能有很大的影响。相比于商业Pd/C催化剂,颗粒状Pd-Cu/RGO催化剂在碱性条件下的催化活性和稳定性都有所提高,催化活性更加优异。该工作证明了石墨烯负载贵金属是燃料电池催化剂的极好材料,且石墨烯作为碳载体有利于金属的分散,它们相互间也会产生协同效应,进而获得更优异的催化活性。

石墨碳黑负载Pt-PbO_x的制备及氧还原催化性能研究

氧气还原反应(Oxygen Reduction Reaction)是绝大部分燃料电池的阴极反应,往往比阳极氧化反应需要更多的催化剂来推动.本文利用一锅水热法制备石墨碳黑负载铂(Pt/GCB)催化剂,采用旋转搅拌合成Pt-PbO_x纳米复合材料,通过电化学性能测试发现所制备的Pt-PbO_x/GCB复合材料具有优异的ORR催化活性和电化学稳定性.

碱性介质中Pt纳米线电极对甲醇提高的电催化氧化活性(英文)

借助阳极氧化铝模板,通过交流电沉积的方法制备了Pt纳米线。通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪和X射线光电子能谱(XPS)等检测手段分别对Pt纳米线的组织形貌、晶体结构和化学状态等进行了表征。通过循环伏安法(CV)和时间电流法(i-t)对Pt纳米线在KOH碱性介质中的电催化氧化性能进行了表征。结果表明:Pt纳米线的直径约为65~75nm,纳米线径向呈毛刺结构,属于多晶态结构。Pt纳米线电极在碱性介质中对甲醇具有高的电催化氧化活性,约为商业Pt/C(JM公司)催化剂的1.38倍。此外,对Pt纳米线的催化机理进行了简要分析。