纤维状纸炭对电极构造的准固态染料敏化太阳电池

将三种纸张(复印纸、滤纸和面巾纸)为原料经单步热解获得的纸炭作为对电极的催化材料引入准固态染料敏化太阳电池(QDSCs),考查了纸炭的催化活性和相应器件的光电性能。结果表明:三种纸炭均由径向尺寸约为10μm的碳纤维堆砌而成,具有低的结晶度和发达的孔隙,因此相比石墨均能获得更佳的催化活性和更高效率的QDSCs。在三种纸炭中,由复印纸获得的纸炭所含的碳纤维表面具有独特的细小鳞片结构,使其拥有最高的比表面积和最优的催化活性。纸炭在QDSCs中既能提供催化活性点,又能改善电解质的离子导电率,因此获得高于铂对电极组装的QDSCs的短路电流和开路电压,弥补了催化活性和填充因子的不足,最终具有与后者相比拟的光电转换效率。

填炭纸在高真空多层绝热中液氮温度下的吸气性能测试

通过实验获得了填炭纸在液氮温度下对N2和H2两种气体的等温吸附线，结果表明：填炭纸对N2的吸附效果非常好，对H2的吸附效果较差，相同平衡压力下对N2的吸附量比对H2的吸附量高出1～2个数量级，且在填炭纸外包上绝热材料能大大提高其对气体的吸附能力，尤其是对N2的吸附量能提高1-2个数量级，对H2的吸附量也能提高1倍以上，填炭纸对H2的吸附效果是活性炭的3—15倍。用Temkin吸附式对等温吸附线进行拟合，得到了填炭纸在10^-4～10Pa范围内适用的对N2和H2两种气体的等温吸附方程式。

石墨粉对PEMFC用炭纸性能的影响

以干法成型技术所制备的聚丙烯腈基炭纤维纸作为炭纸坯体,添加有石墨粉的酚醛树脂溶液作为浸渍剂,通过浸渍、模压固化和热处理工艺制得PEMFC用炭纸。结果表明,随石墨含量的增加,炭纸的厚度、孔隙率逐渐增加,透气性、导电能力逐渐增强,密度和抗拉强度呈先增加后降低的变化规律,当石墨粉质量分数达到5%时炭纸的综合性能最佳,其基本性能参数为:厚度0.23 mm,密度0.53 g·cm-3,气透率2 080 mL·mm·cm-·2h-·1mmAq-1,孔隙率66%,平面电阻率2.6 mΩ·cm-1,拉伸强度19.4 MPa,符合质子交换膜燃料电池气体扩散层对炭纸的要求。采用Pt载量为0.5 mg·cm-2的MEA,在H2/Air=1.2/2.5、温度65℃、常压条件下进行单体电池性能测试,电流密度为800 mA·cm-2时输出电压为0.65 V,电池输出性能较好。

长炭纤维网对PEMFC用炭纸性能的影响

向炭纸初坯中引入长炭纤维网,以改性酚醛树脂为黏合剂对炭纸坯体进行浸渍,经模压固化、炭化和石墨化工艺制得质子交换膜燃料电池(PEMFC)用炭纸。研究长炭纤维的添加对炭纸性能的影响。研究结果表明:在兼顾炭纸具有优良透气性的前提下,长纤维的加入对炭纸起到了既增强又增韧的效果,并且提高了炭纸的导电能力;当添加的长炭纤维占炭纸初坯的10%(质量分数)时,炭纸的综合性能最好,其性能参数如下:厚度为0.23 mm,密度为0.47 g/cm3,电阻率为2.39 m-.cm,抗拉强度、抗弯强度及弯曲挠度分别为28.15 MPa,83.89 MPa和1.1 mm,孔隙率为75.8%,透气率为4 906.75 m3/(h.kPa.m),满足燃料电池气体扩散层用炭纸的需要。

用炭纸做卷烟复合滤嘴材料的初步研究

用粉状活性炭、某些经改性的矿石粉和木浆经调浆后，或涂布或抄纸，制得的活性炭吸附纸（简称炭纸）疏松多孔、质地均匀、无毒无味，具有一定强度和良好的吸附性能，尤其对极性大分子有机物质有独特的吸附作用，可去除卷烟燃烧时产生的焦油和杂味。与醋纤制成复合滤嘴并接烟测试，比醋纤滤嘴降焦油效率高１５％～３０％。

质子交换膜燃料电池用炭纸的制备

以改性酚醛树脂为粘合剂,炭纤维纸为坯体,通过浸渍、模压固化、炭化、石墨化工艺制得质子交换膜燃料电池气体扩散层用炭纸,表征了炭纸的基本性能并与东丽炭纸的相关性能进行了对比。结果表明,自制炭纸的厚度为0.189mm,密度为0.446g/cm3,均与东丽炭纸相近;孔隙率为83%,比东丽炭纸提高18.6%;体电阻率为3.35mΩ.cm,面电阻率为3.86mΩ.cm,分别比东丽炭纸减小了25.9%和39.7%;压差为88.2Pa时透气率达5100mL.mm/(cm2.h.mmAq),比东丽炭纸提高了41.67%;抗拉强度为29.98MPa,比东丽炭纸提高约16.5%;与东丽炭纸相比,自制炭纸的电压输出性能略有下降但不明显。

燃料电池用炭纤维纸前驱体的匀度表征与控制

探讨了湿法制备炭纤维纸过程中抄造条件对纸体匀度的影响,发现分散剂加入量过多和过少都会损害纸体的匀度;浆液停留时间的增加会造成纸体匀度变差。同时使用基于灰度共生矩阵的纹理分析方法详细讨论了炭纤维在浆液中的絮凝动力学,结果表明随着时间的增加絮凝体数目增多,体积变大;分析各个方向上纸体的纹理,发现浆液的波动和涡流也会造成纸体内部的纤维分布不均匀,从而使得纸体面内不均。

炭纸/石墨基体NiHCF膜的碱金属离子分离性能

采用毛细化学沉积法在炭纸/石墨颗粒复合导电基体的微孔通道内合成铁氰化镍(Nickel hexacyano fer-rate,NiHCF)薄膜,并考察了膜电极在碱金属溶液中的电控离子交换性能。通过扫描电子显微镜、能量色散谱、X射线光电子能谱、红外分子吸收光谱等分析了复合薄膜电极的表面形貌及组成;利用离子色谱检测了再生液中碱金属离子浓度变化;应用循环伏安法在1mol·L-1KNO3/CsNO3溶液中考察了膜电极的离子交换容量、循环寿命与再生能力。结果表明:炭纸/石墨复合基体具有三维多孔结构特征,复合基体NiHCF膜电极具有大的离子交换容量、低的扩散阻力、良好的循环稳定性与再生能力,可用于碱金属离子的选择性分离。

酚醛树脂炭含量对炭纸组织结构和性能的影响

对预制PAN基炭纤维纸进行树脂浸渍、模压和高温热处理,制备燃料电池用炭纸。借助SEM和XRD等技术研究了炭纸的微观结构和石墨化度。分别用压差法、四探针电阻法和拉伸测试测得炭纸的透气率、面电阻率和拉伸强度。结果表明:增加PF树脂炭含量可以提高炭纸的体积密度和拉伸强度,但导致透气性能下降。树脂炭含量的增加也有助于炭纸形成发达的三维网络状结构,炭纸的导电性能得到改善,炭纸整体石墨化趋势有一定的加强。当PF树脂炭含量为54%时,炭纸透气率为2050mL·mm/(cm2·h·mmAq),密度为0.48g/cm3,面电阻率21.1mΩ·cm,石墨化度58%,抗拉强度达到15MPa,基本满足炭纸的应用要求。

氧化石墨烯改性质子交换膜燃料电池用炭纤维纸

以天然鳞片石墨为原料,采用改进Hummer法制备氧化石墨烯,与酚醛树脂直接共混配置均匀分散溶液。将炭纤维坯体浸渍其中,采用模压固化、热处理的工艺制备氧化石墨烯改性质子交换膜燃料电池用炭纤维纸。采用TEM,XRD,AFM和FTIR等测试技术研究氧化石墨烯的形貌和结构特征,用SEM,XRD和四探针电阻仪等测试手段表征炭纸的表面形貌、石墨化度和面电阻率。结果表明:随氧化石墨烯含量增大,炭纸的石墨化度提高,面电阻率降低,抗拉强度增大。当氧化石墨烯添加量为2%时,改性后炭纸的石墨化度达到70.8%,面电阻率降为2.42 m?/cm,抗拉强度为24.01 MPa。单电池测试电压为0.6 V时,炭纸GO2的电池电流密度达到1 450 m A/cm2。

丁腈橡胶对PEMFC用炭纸性能的影响

用丁腈橡胶(CTBN)共聚改性酚醛树脂作为浸渍剂对炭纸坯体进行浸渍,经模压固化、炭化和石墨化工艺制得质子交换膜燃料电池用炭纸。研究浸渍剂中丁腈橡胶含量对炭纸性能的影响。研究结果表明:随CTBN含量增加,炭纸的孔隙率、透气性及导电性能均得到改善。并且发现炭纤维与基体炭的界面结合程度对炭纸导电性能的影响大于石墨化度的影响。随CTBN含量增加,炭纸的强度先增加后降低,当丁腈橡胶添加量占酚醛树脂质量的30%时炭纸强度达最大值。所得PEMFC用炭纸性能参数如下:电阻率18.0 mΩ·cm,孔隙率65.6%,透气度为2 050 ml·mm·cm-2·hr-1·mmAq-1;抗拉强度30.14 MPa和抗弯强度68.15 MPa,分别比改性前提高了28%和65%。

炭纤维长径比对炭纸结构性能的影响

炭纸是燃料电池膜电极组件中的关键材料,起到气、液、电、热传输以及支撑催化层的作用。为研究炭纸自身孔结构对其性能的影响,采用湿法成纸和混抄不同长径比炭纤维的方法制备具有不同孔结构的炭纸,并对炭纸的表面形貌、结构和性能进行表征。结果表明:单种长径比炭纤维制成的炭纸,其厚度、面内电阻率、树脂炭质量分数和表面水接触角随炭纤维长径比提升而降低,其法向电阻率与拉伸强度随炭纤维长径比提升而增加;采用长径比值分别为571和857的CF4和CF6混抄得到的炭纸,随CF6质量分数增加,其厚度、面内电阻率、树脂炭质量分数和表面水接触角均减小,法向电阻率、孔隙率、透气度、拉伸强度均增加。与商业化炭纸相比,当CF4和CF6的混抄比例为10/90时制备的炭纸具有较好的导电、透气和力学性能。

炭纸衬底上化学气相沉积直立型二维过渡金属硫化物及其电催化产氢性能

以MoS_(2)为代表的二维过渡金属硫化物近年来在电催化水分解产氢反应中表现出良好的电催化活性而受到广泛关注。但二维过渡金属硫化物的导电性一般较差、且催化活性位常在有限的边缘位置,成为限制其催化性能的重要因素。本文通过化学气相沉积方法研究了在炭纸基底上直接生长3种过渡金属硫化物(MoS_(2)、NbS_(2)和WS_(2))构筑一体化催化电极,以提高整个电极的导电性。通过优化生长工艺,实现了炭纸表面3种过渡金属硫化物的直立型生长并对电催化产氢反应表现出良好的催化性能,尤其是WS_(2)表现出新颖的纳米片/纳米纤维层次结构,其对产氢反应表现出最佳的催化性能。在此基础上,对炭纸上生长的过渡金属硫化物通过阴极电化学活化处理的方式引入硫缺陷,从而提高其HER活性。结合透射电子显微镜和原位电化学拉曼光谱仪研究了二维过渡金属硫化物在电化学活化前后的结构变化尤其是所产生的硫缺陷的微观结构,为其产氢性能的提升提供合理的解释。

添加回收硅粉于炭复合纸在锂离子负极之应用（英文）

高电容量的电极材料对于需要高能量密度锂离子的携带式电子设备相当重要。由于需求不同,电极的制作方式与材料的选用相当繁杂。本研究是将回收硅粉和沥青粉末混合,再与炭毡复合成炭纸,经250℃稳定化与1 000℃炭化后,制备出兼具电极与集流板功能炭复合纸。经循环充放电测试后,添加不同比例硅粉(2.5 wt%, 5 wt%, 10 wt%)的负极,相较于炭复合电极放电电容量分别提升了94%、129%和41%。

孔径梯度对炭纸中水传输的影响

为了进一步完善燃料电池中的水管理体系,利用不同长径比碳纤维在水中沉降速率的差异制备了具有梯度孔结构的炭纸,并研究了炭纸的孔径梯度对水传输的影响。与结构均匀的炭纸相比,具有孔径梯度的炭纸内部会形成毛细管压力差,促使水从小孔流向大孔,因此,水突破炭纸所需的压力会降低。然而,当炭纸孔径过小时,产生的毛细管阻力过大,则会抑制液态水的排放。因此,孔径梯度在一定程度上可以促进液态水的排放,改善燃料电池的水管理能力。

国产质子交换膜燃料电池关键材料及部件的电池组性能

基于质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)技术的实际应用要求,针对其国产关键材料和部件(包括电催化剂、质子交换膜、炭纸、双极板)进行性能表征、电池组制造工艺开发和电池组应用性能研究,结果表明:国产炭纸、复合质子交换膜、复合催化剂以及薄型不锈钢双极板无论是在基本性能还是在电池组应用方面都达到了国外同类产品的水平,能够满足车用燃料电池发动机的要求。目前,复合质子交换膜产品已实现批量生产,炭纸和复合催化剂已具备批量制造能力,薄型不锈钢双极板的批量制造工艺和设备已进入开发阶段,采用这些国产材料和部件组装的PEMFC车用发动机正在进行实际应用考核。初步预计:通过这些国产关键材料和部件的应用,可以将PEMFC的材料成本降低50%以上,同时还可以大幅度提高电池性能,为推进我国燃料电池产品的实际应用奠定基础。

聚噻吩薄膜改性质子交换膜燃料电池用超薄炭纸

为提高质子交换膜燃料电池用超薄炭纸的力学性能,采用电化学聚合法在高通量超薄炭纸(0.339 g·cm^(-3),0.13 mm)内部原位聚合聚噻吩薄膜,制备聚噻吩薄膜改性超薄炭纸(PTCP)。通过红外光谱仪(FT-IR)和扫描电镜(SEM-EDS)分析表征了PTCP的结构和形貌特征,并对其物理性能和其作为气体扩散层的质子交换膜燃料电池的电池性能进行测试。结果显示,所制备的聚噻吩薄膜包覆在炭纤维、基体炭-炭纤维节点上,在炭纸内部形成厚度均匀的薄膜网络,且厚度随聚合电流增大仅从119 nm增厚至574 nm,使PTCP保留了高通量超薄炭纸的孔隙结构;这种包覆型薄膜网络结构能有效提高炭纸的力学性能。PTCP相比同密度普通超薄炭纸(CP1)具有更好的力学性能和透气性,聚噻吩薄膜厚度约为422 nm时,PTCP拉伸强度(39.63MPa)比CP1高出45%,透气率(2 959 m L·mm·cm^(-2)·h^(-1)·mm Aq)比CP1高出13.2%,PTCP所制备的质子交换膜燃料电池最高功率密度(728 m W·cm^(-2))较CP1高出25.3%。

Preparation and Characterization of Activated Carbon Fiber from Paper

Activated carbon fibers （ACFS） with surface area of 1388 m2/g prepared from paper by chemical activation with KOH has been utilized as the adsorbent for the removal of methylene blue from aqueous solution. The experimental data were analyzed by Langmuir and Freundlich models of adsorption. The effects of pH value on the adsorption capacity of ACFS were also investigated. The rates of adsorption were found to conform to the kinetic model of Pseudo-second-order equation with high values of the correlation coefficients （R〉0.998）. The Langmuir isotherm was found to fit the experimental data better than the Feundlich isotherm over the whole concentration range. Maximum adsorption capacity of 520 mg/g at equilibrium was achieved. It was found that pH played a major role in the adsorption process, higher pH value favored the adsorption of MB.

炭纸表面化学镀铜工艺优化

炭纸具有均匀的多孔质结构，本实验采用化学镀法在炭纸表面镀铜对炭纸进行改性，得到炭纸表面均匀分布的球形铜颗粒。论文重点研究了铜离子浓度、络合剂种类及浓度、pH及温度因素对化学镀铜沉积速率及镀层厚度的影响，进而确定了炭纸表面化学镀铜的最佳工艺。并且对炭纸表面铜颗粒进行900℃热处理，得到了较为规则的球形颗粒，且其表面分布有纳米针状结构。