碱性燃料电池产过氧化氢阴极C/PTFE的制备及性能表征

研究了碱性燃料电池合成过氧化氢阴极碳/聚四氟乙烯(C/PTFE)的制备方法,考察了制备过程中的主要影响因素,并通过伏安曲线和过氧化氢浓度曲线及交流阻抗图谱,对不同条件下制备的阴极性能进行了评价.结果表明,压力、整平层碳含量及聚四氟乙烯含量对阴极性能均有较大影响,其中压力为10.0MPa、碳含量为0.2g及聚四氟乙烯含量为50%条件下制备的阴极能获得最大电流,过氧化氢的产量最高,2.5h后过氧化氢浓度达到56mmol/L。

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。

碱性燃料电池产过氧化氢的外部影响因素

以持续注入的KOH水溶液为电解质,在燃料电池反应器中进行了H2O2合成工艺研究.结果表明,KOH溶液浓度及流量、H2O,O2和H2流量对电池电流、H2O2浓度和电流效率等均有较大影响.其中KOH浓度为2mol/L,H2O,KOH和O2,H2的流量分别为80,150mL/h和60,20mL/min时,反应体系获得了较高的H2O2产量(0.225mol/L)和电流效率(接近100%),可望应用于水中污染物的处理.

碱性燃料电池研究进展

由于CO2对碱性燃料电池(AFC)电极催化剂具有毒化作用,使AFC难以运用于以空气为氧化性气体的交通工具中。研究表明:CO2的毒化作用可通过多种方式加以解决。综述了AFC的研究进展,阐述了解决CO2毒化作用的方法,并提出了使用氨作为AFC燃料的发展方向。

碱性燃料电池用阴离子交换膜的制备与表征

以PTFE多孔膜为基体,以聚环氧氯丙烷(PECH)和四甲基己二胺(TMHDA)为原料,采用流延法制备QPECH/PTFE复合阴离子交换膜。对复合阴离子交换膜的微观形貌、热稳定性、离子交换容量、离子传导率以及膜电极性能进行表征。结果表明:复合阴离子交换膜热稳定性得到增强,离子交换容量为1.51 mmol/g,离子传导率可达1.02×10-2S/cm;在H2/O2碱性燃料电池中表现出较好的电化学性能,开路电压为1.003 V,最大功率密度为16.4 mW/cm2。

碱性燃料电池氧电极的研究——助催化剂的添加对Ag/C催化剂活性的影响

本文报道了一种新的用于碱性燃料电池氧电极的非贵金属催化剂．此种以化学还原法制备的Ａｇ－Ｎｉ－Ｂｉ－Ｈｇ－／Ｃ催化剂对氧电极的阴极还原具有较高的活性，当催化剂的组成为Ａｇ５０％－Ｎｉ２％－Ｂｉ３％－Ｈｇ３％－Ｃ４２％（ｗｔ％）时，催化剂的活性最佳．ＸＲＤ和ＳＥＭ证实，助催化剂的加入使银的结晶趋于无定型化，减小了银结晶的尺寸．经过５２００ｈ的寿命考察，催化剂活性没有明显的改变．

氮掺杂石墨烯用于碱性燃料电池产过氧化氢

以天然石墨(G)为原料,苯胺为含氮前驱体,采用Hummers法、原位引发苯胺聚合以及在氮气中高温热处理制备了氮掺杂石墨烯(N-G)。借助X射线衍射(XRD)、傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、低温氮气吸脱附(BET)、热分析方法(TG-DSC)和电化学测试等手段对N-G的组成、结构、形貌和电化学性能等进行表征分析和评价。结果表明,在氮气中高温热处理聚苯胺修饰的氧化石墨烯(GO)能够有效地对其进行还原和氮掺杂,获得的N-G具有微孔结构,比表面积达到167.6 m^2/g,显示出高的热稳定性;在三电极体系中,N-G在0.1 mol/L KOH中催化氧气还原反应(ORR)的起始电势为0.89 V,主要以2电子反应途径进行,生成H_2O_2的选择性达到75%~95%,并且产生的电流密度较大。

碱性燃料电池中氢电极催化剂的研究

Ｐｔ是燃料电池中氢氧化所常用的一种催化剂。为了提高Ｐｔ的利用率，充分发挥Ｐｔ的催化性能，制备出高度分散、载量低的Ｐｔ／Ｃ催化剂。研究了Ｐｄ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｌａ对Ｐｔ／Ｃ催化剂的影响，并以各种催化剂制备成电极，测量了电极的极化曲线。发现Ｐｔ－Ｎｉ－Ｌａ／Ｃ是一种很好的氢电极催化剂。

碱性燃料电池阳极催化剂的研究进展

碱性燃料电池性能较稳定,催化剂的选择不受贵金属的限制。其中,阳极催化剂对加速燃料的氧化反应速率、碱性燃料电池的能效、稳定性和成本都有很大的影响。该文从碱性燃料电池阳极催化剂种类、载体和制备方法等方面对近年来阳极催化剂的研究现状进行了分析。分析结果表明,掺杂不同金属的合金催化剂有效提高了催化剂的电催化活性;催化剂载体种类、负载量和分散度的不同影响催化剂的稳定性;金属氧化物的加入可以同时提高催化剂的电催化活性和稳定性;催化剂制备方法的改进可以提高催化剂电化学比表面积,改变元素的分布。

碱性燃料电池用阴离子交换膜的研究进展

阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)因其具有环境友好、可使用非贵金属催化剂、电极反应速率快等特点而受到广泛关注。阴离子交换膜(AEMs)是AEMFCs的核心部件,其性质决定着燃料电池的性能、能量效率和使用寿命。从具有不同骨架结构的聚合物出发,介绍了聚苯醚、聚芳醚砜、聚烯烃和聚苯并咪唑等不同聚合物骨架结构的阴离子交换膜的制备、性能和应用,同时对具有不同聚合物骨架结构的阴离子交换膜在应用方面存在的问题及应用前景进行了评论和展望。

嵌段型碱性燃料电池用阴离子交换膜的制备与表征

本文以联苯聚芳醚为主要原料制备了阴离子交换膜前体,经过溴甲基化、成膜、季铵化和碱化处理得到嵌段型碱性燃料电池用阴离子交换膜。并对此阴离子交换膜的离子交换容量、电导率、稳定性及碱性燃料电池的功率密度进行了表征,结果表明:此阴离子交换膜离子交换容量为1.81 mmol/g,室温下电导率为28 mS/cm,80℃碱性条件下15天后的电导率保持率为85%,60℃时碱性燃料电池的功率密度可达220 mW/cm^2。

碱性燃料电池-温差热电制冷混合系统的性能分析

建立了由碱性燃料电池(alkaline fuel cell,AFC)、热电发电器、热电制冷器和一组板翅式热交换器组成的混合系统模型。考虑系统的电化学和热力学不可逆性损失,导出了混合系统的等效输出功率和效率的表达式,确定了燃料电池电流密度的优化区间,讨论了工作压力、工作温度、热电元件数量、热电元件传热系数、板翅式热交换器传热系数对混合系统的等效输出功率和效率的影响。结果表明,混合系统的最大输出功率密度及对应的效率,相比单独的碱性燃料电池分别提高了7.56%和6.40%,相比无板翅式热交换器时分别提高了7.55%和8.04%。所得结果可为碱性燃料电池温差热电制冷混合系统的优化设计提供理论依据。

碱性燃料电池用阴离子交换膜的改性研究

阴离子交换膜(AEM)是碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFC)的关键部件之一,对碱性阴离子交换膜燃料电池的综合性能具有重要的影响。结构改性是提高阴离子交换膜性能的有效手段,文章综述了碱性燃料电池用阴离子交换膜的改性的一些研究成。

Pd-TiO_(2)/C催化剂中TiO_(2)对直接碱性燃料电池中丙三醇氧化的影响

以Vulcan XC-72炭为载体,采用硼氢化钠还原法制备了Pd-TiO_(2)/C电催化剂用于直接丙三醇燃料电池阳极材料,并用能量色散谱(EDX)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安法(CV)、计时电流法(I-t)和全反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)对催化剂进行了表征。EDX结果表明,Pd-TiO_(2)/C中Pd和Ti含量接近名义原子比。Pd-TiO_(2)的X射线衍射结果表明,Pd具有面心立方fcc结构,同时TiO_(2)展现出四方结构的锐钛矿相的峰特征。TEM图像显示Pd和TiO_(2)纳米颗粒在碳载体中分布均匀并存在一些簇状区域,纳米颗粒大小为7.0-8.0 nm。循环伏安显示在1 mol/L KOH电解液中催化剂Pd-TiO_(2)/C在约-0.7 V vs Ag/AgCl有明显的析氢行为和电容增加现象,表明催化剂在TiO_(2)修饰后活性明显增加。通过循环伏安对碱性体系的丙三醇电催化氧化表明,Pd-TiO_(2)/C(70∶30)显示了非常好的催化活性:起始氧化电位也变得更负达到-0.4V vs Ag/AgCl,氧化电流达到14.91 mA/cm,优于Pd-TiO_(2)/C(90∶10)的9.37 mA/cm和Pd-TiO_(2)/C(50∶50)的4.88 mA/cm,明显高于Pd/C和TiO_(2)/C的1.88和0.55 mA/cm。I-t实验表明1000 s之前Pd-TiO_(2)/C展现出最高的电流密度,但在1000 s后电流密度有一定程度的下降,表明催化剂的催化活性很高但长期稳定性方面需要进一步提升。在碱性直接丙三醇燃料电池中进行的实验表明,所制备的Pd-TiO_(2)/C(50∶50)、Pd-TiO_(2)/C(70∶30)和Pd-TiO_(2)/C(90∶10)对甘油的电化学氧化性能均优于Pd/C电催化剂,其中,Pd-TiO_(2)/C(70∶30)的催化活性最好:开路电压达到817 mV,最大功率密度达到12.5mW/cm,高于Pd-TiO_(2)/C(50∶50)的12.4mW/cm、Pd-TiO_(2)/C(90∶10)的7.9mW/cm、Pd/C的3.7mW/cm以及TiO_(2)/C的2.25 mW/cm,这表明,TiO_(2)对Pd/C催化剂有很好的促进作用,这种协同效应可以归因为TiO_(2)对Pd的电子效应和双功能机理,同时Pd和TiO_(2)比例为70∶30时,其催化性能达到最优。ATR-FTIR结果表明,反应后所有Pd-TiO_(2)/C电催化剂表面均有甘油醛、羟丙酮酸、甲酸等高附加值产物生成,为直接丙三醇燃料电池电-化学品联产提供一定的依据。

美国成功研制出世界首个无膜碱性燃料电池

世界上首个无膜碱性电池已经在美国研制成功。这种利用超窄通道中液体无法混合的原理研制的燃料电池将在大大降低成本的同时，提供更高的效率。无膜结构不仅简化了单个燃料电池的设计，而且使世界上第一个碱性燃料电池组的研制成为可能。设计者称如果研制成功，

壳聚糖制碱性燃料电池阴离子交换膜的研究

阴离子交换膜(Anion Exchange Membrane, AEM)是碱性聚合物电解质膜燃料电池(Alkaline Polymer Electrolyte Mmbrane Fuel Cell, APEMFC)的核心部件,目前由于氢氧根离子传导率低和稳定性差等问题而无法广泛推广运用。本文尝试运用亲生性材料壳聚糖(CS)制备AEM,对其进行表征和性能研究,并向高分子膜基质中引入无机材料氧化石墨烯(GO)制备复合膜构筑离子通道以提高传导率,同时运用两类材料间的相互作用提高膜的稳定性。发现复合膜的性能较壳聚糖膜大幅提高,离子传导率超过2 × 10?2S?cm?1,正常工作下的能量密度达到1.96 mW?cm?2。

我国研制成功不使用昂贵白金的新型碱性燃料电池

据报道,武汉大学的研究人员经过七年的不懈努力,终于研制成功一种新型碱性聚合物电解质燃料电池,不需要使用价格昂贵的白金,一旦产业化,有望大幅度降低燃料电池汽车的造价。

西安交通大学碱性燃料电池研究获突破

膜基碱性燃料电池具有在非铂体系下电化学反应速率快的特性，但目前的液体碱性燃料电池（例如甲醇、乙醇、葡萄糖等）存在阴离子交换膜离子传导率低、热稳定性和化学稳定性差、阳极溶液需要加入额外电解质维持电极反应等问题，限制了碱性燃料电池的发展。

介孔碳载体缓解碱性聚电解质燃料电池阳极水淹

碱性聚电解质燃料电池(APEFCs)相较于目前研究最多的质子交换膜燃料电池(PEMFCs),其优势体现在阴/阳两极均可使用价格低廉的非贵金属催化剂,有望降低燃料电池的使用成本.APEFCs的研究在过去20年飞速发展,主要集中在高效碱性聚电解质(APE)隔膜和阴/阳极催化剂等关键材料的研发.目前,APEFCs的性能已接近于PEMFCs,针对其研究也逐渐从关键材料的研发扩展到电池的稳定性和水管理等更深层次问题.相较于PEMFCs,APEFCs的水管理问题更为复杂.每当阳极产生4个水分子,阴极会消耗2个水分子,容易导致阴极缺水和阳极水淹,进而影响电池的性能和稳定性.对APEFCs水管理的优化将是实现电池性能和稳定性突破的重要方向.本文主要研究碳载体对APEFCs水管理的影响,合成了一系列介孔碳负载的Ru催化剂(Ru/MCP-x,x为MCP的孔径,x=30,50,100 nm),并以Ru/XC72催化剂为对照.扫描电镜和N2吸附-脱附结果表明,介孔碳载体具有三维贯通的孔结构,而XC72为实心碳颗粒.溶液电化学测试结果表明,不同催化剂在0.1 mol/L的KOH溶液中的氢氧化反应(HOR)活性相当.以Ru/MCP-x和Ru/XC72为阳极催化剂进行电池装配(记为Ru/MCP-x电池和Ru/XC72电池),结果表明,当使用高进气流量(1000 mL/min)时,Ru/MCP-x电池和Ru/XC72电池性能接近;当使用更接近实际工况的低进气流量(200 mL/min)时,所有电池性能均有所下降,且降幅存在明显差距.其中,Ru/MCP-50电池和Ru/MCP-100电池的降幅分别为36%和35%,而Ru/MCP-30电池和Ru/XC72电池的降幅分别为43%和72%.通过在低进气流量下改变进气湿度,结果发现,Ru/MCP-30电池和Ru/XC72电池性能大幅下降的原因是阳极发生水淹.弛豫时间分布(DRT)方法可以将不同弛豫时间的极化过程在时域中分离开来,从而可以分辨各极化过程对电池性能的影响.利用电化学交流阻抗(EIS)技术结合DRT方法进一步分析各电池在不同电流密度下的阻抗行为,DRT结果表明,在低进气流量下Ru/XC72电池的传质极化电阻显著高于Ru/MCP-x电池,说明阳极水淹导致了Ru/XC72电池的气体传质受阻,因而电池性能大幅下降.当MCP孔径增加至50和100 nm时,传质极化电阻在不同电流密度下始终处于较低水平,电池未发生明显水淹.这说明孔径的增加有效地缓解了低进气流量下阳极的水淹问题,从而保持较高的电池性能.综上,本文利用EIS-DRT方法比较了不同阳极碳载体对APEFCs性能和气体传质极化电阻的影响,表明介孔碳载体有利于缓解APEFCs中的阳极水淹问题,具有作为阳极载体的潜力.

碱性燃料电池用聚烯烃类阴离子交换膜的研究进展

与质子交换膜燃料电池相比,基于阴离子交换膜的碱性燃料电池具有可使用非贵金属催化剂、电极反应速率高等优点,近年来受到广泛的关注.然而,到目前为止,尚未开发出一种高性能的阴离子交换膜以备碱性燃料电池使用.本文从功能单体共聚和高分子接枝改性两方面概述了聚烯烃类阴离子交换膜的制备方法,探讨了膜的化学结构、微观相分离结构与膜性能之间关系,最后总结目前聚烯烃类阴离子交换膜的氢氧燃料电池性能,并对该领域的发展趋势进行了展望.