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。

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).

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.

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.