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.

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。

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。

阴离子膜燃料电池碳基氧还原催化剂研究进展

对阴离子膜燃料电池中碳基氧还原催化剂的研究进展进行详细评述,分析杂原子掺杂碳基催化剂在阴离子膜燃料电池上应用的可行性.在此基础上,提出杂原子掺杂的多孔纳米碳材料是阴离子膜燃料电池阴极催化剂今后的重要发展方向.

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。

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。

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。

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.

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.

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。

交联剂在碱性阴离子交换膜燃料电池中的应用研究

碱性阴离子交换膜(AAEM)是碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFC)的核心组件。通过使用交联剂,可以提高AAEM的机械强度、稳定性和耐化学腐蚀等性能。本文对有机聚合物中加入不含亲水基团、含醚键及含阳离子基团等交联剂对AAEM性能的影响进行了总结,最后展望了未来的研究应该着重优化交联剂的选择和组合等,以促进AAEMFC的发展。

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 。

碱性阴离子交换膜燃料电池特性研究

本建立了一个三维碱性阴离子交换膜的多相流模型。通过利用Fluent的用户自定义程序,把所建立的模型耦合到计算流体力学中进行求解。最后仿真结果发现,随着电流密度的增加,液态水含量减少的趋势越明显。这一研究对于深入认识AAEM燃料电池传热传质机理,发展AAEM燃料电池传热传质理论有重要的科学意义。

碱性氢氧化电催化剂研究进展

氢是一种清洁、可再生的能源载体,有望在未来促进低碳能源经济的发展。氢氧燃料电池可将氢能转为电能,大大提高了氢能源的转化效率。在碱性条件下运行的阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs),由于可以利用低成本的非铂电催化剂来驱动阴极氧还原反应(ORR)引起了广泛关注。然而,AEMFCs的阳极氢氧化反应(HOR)的反应动力学与酸性条件下相比低2~3个数量级,需要高活性、高稳定性的HOR催化剂来驱动,因此大量的碱性HOR催化剂被设计开发。综述了近年来碱性HOR电催化剂的研究进展,介绍了碱性HOR的反应机理、性能评价标准以及近期报道的新型HOR催化剂,重点关注了这些催化剂的设计思路、催化性能、反应机理等,并对未来碱性HOR催化剂设计的挑战和机遇进行了展望。

聚苯胺碳化产物表面和体相结构表征

测试分析了聚苯胺树脂碳化产物表面和体相结构 .结果表明聚苯胺树脂碳化产物比表面积随碳化温度升高而下降 .在 70 0℃和 10 0 0℃还原性气氛中碳化处理的样品与 6 2 0℃处理的样品相比 ,比表面积分别下降了约 8.3 %和 33 .7% .在相同温度条件下 ,惰性气氛中碳化处理的样品比表面积低于还原性气氛中碳化处理的样品 .聚苯胺树脂碳化产物表面中的氮主要以两种不同的基团结构形式存在 ,并且树脂碳化产物表面的氮含量随着碳化处理温度升高逐渐降低 .聚苯胺 6 2 0℃碳化处理时主要是树脂中的含氮基团发生变化 ,而其他结构基团变化较小 .70 0℃碳化处理后则开始大规模碳化裂解 .但 10 0 0℃碳化处理后的样品仍含有少量的碳氢键和氮氢键 .10 0 0℃碳处理的树脂碳化样品开始形成多碳稠环 。

不同温度处理的糠醇和聚苯胺树脂碳化产物结构基团变化的红外光谱研究

红外光谱测试结果表明糠醇树脂碳化过程中五员杂环上的碳氧键首先发生断裂 ,使氧脱出 ,而剩余的双烯链状结构再进行重排 ,形成六员稠环结构 ,并在此基础上发生脱氢反应生成石墨微晶。测试结果还表明聚苯胺树脂中的氮在碳化过程中的稳定性与其相连结的基团结构有密切关系。苯环相连的氮比与苯酚基相连的氮具有更强的抗热解稳定性。聚苯胺碳化产物中的氢主要分为两大类 :一类是以碳氢键的形式存在 ;另一类则是以氮氢键的形式存在。

有机高分子树脂碳化过程中结构基团的变化

用红外光谱法对不同温度下处理的酚醛和聚苯乙烯阳离子交换树脂碳化产物的结构基团进行了测试分析。实验结果表明 ,酚醛树脂苯环上的氢虽然在碳化过程中不断减少 ,但经 10 0 0℃碳化处理后仍有少量氢联接在苯环结构上 ,主要以单个或两个相邻的形式存在苯环之中 ,多氢相邻形式较少。在碳化过程中 ,聚苯乙烯阳离子交换树脂的苯环结构和烯烃基团比磺酸基团稳定。两种树脂中的苯环结构均随着碳化处理温度的升高逐渐形成多苯稠环结构。在 10 0 0℃下碳化处理时 ,苯环之间相互连接成多苯稠环结构的速度比较缓慢。特别是聚苯乙烯阳离子交换树脂的苯环结构基团变化也较缓慢 。