阳极支撑平板状SOFC过电势模型及分析

平板型固体氧化物燃料电池由于具有高效率、低污染物排放等特点,是未来发电的主要方向。当电池运行产生电流时,就会伴随电荷传输产生活化极化,伴随质量传输产生浓差极化,根据材料导电性的不同相应产生一定大小的欧姆极化,从而降低了燃料电池的开路电压,并对电流密度和输出功率产生影响。为了能使燃料电池更好地运行,就必须要了解对过电势产生影响的各种因素,所以建立了阳极支撑的平板状SOFC过电势模型,分析了电流密度、温度以及一些结构参数对三种过电势的影响,对阳极支撑型和电解质支撑型燃料电池的性能进行了比较。

铜电沉积过程中阴极过电势的影响因素

介绍了几种铜电沉积过程中影响阴极过电势的因素,分析了电流密度、添加剂种类、阳极质量及电解液温度等对阴极过电势的作用机制,讨论了各因素对高纯阴极铜产率的影响规律。

基于降低阳极活化过电势的MFC性能优化研究进展

分析了微生物燃料电池的研究现状和影响其产电性能的主要因素,以及阳极活化过电势影响电池产电性能的过程,综述了从改善阳极电流-电势关系角度提高微生物燃料电池产电性能的研究进展.分析认为,改善阳极电流-电势关系的关键是增加交换电流密度和增强异相电子传递,具体方法包括选择最适的阳极材料、优化阳极表面物理化学性质、筛选高效产电菌.未来可从优化阳极材料几何结构、筛选高电催化活性产电菌及深入研究产电菌胞外电子传递过程的限制因素,如纳米导线与胞外细胞色素的作用机理等方面加强研究,优化微生物燃料电池产电性能.

SOEC阳极浓差过电势的影响因素

该文基于电荷传输与质量传递过程,充分考虑三相界面的影响因素,改进了原有的固体氧化物电解池(SOEC)阳极浓差过电势模型,所建立的新模型获得了实验验证。根据阳极结构参数及电解池运行条件,对阳极浓差过电势的影响进行了系统分析。研究表明:增大阳极孔隙率和孔径,增大阳极表面的氧分压都能够减小阳极浓差过电势,而增加扩散层厚度则不能降低阳极浓差过电势。

非水系锂-氧气电池充电过电势过高且呈现不同上升趋势之谜

As one of the most promising candidates to replace the conventional lithium-ion batteries with super-high capacity,non-aqueous Li–O2batteries have attracted increasing attention[1].However,the technology is still in its infant stages and widespread commercialization is hindered by several issues,particularly low round-trip efficiency

低过电位、长循环非水系镁—二氧化碳电池

镁—二氧化碳(Mg-CO_(2))电池以温室气体二氧化碳为正极活性物质,既能实现高效的能量储存,又能实现二氧化碳的增值利用,是新一代极具吸引力的电池候选产品。然而,与其他金属—二氧化碳电池体系相比,由于镁—二氧化碳电池在非水环境中存在一些关键问题(包括氧化还原反应动力学相对较慢、放电产物分解能垒较大、多电子三相正极反应可逆性较差等),因而迄今为止其受到的关注较少。为解决前述正极充放反应可逆性较差、碳酸镁等放电产物分解能垒较大、电池过电势较高等问题,通过调控二氧化碳电化学氧化还原路径的策略,采用碳化钼—碳纳米管(Mo_(2)C-CNTs)作为正极催化剂,将放电产物由热力学稳定难以分解的碳酸镁(MgCO_(3))换为草酸镁(MgC_(2)O_(4)),使Mg-CO_(2)电池实现了极低的过电位(0.25 V),增大了其能量效率。并且,其工作时间长达2300 h以上。这项工作为可同时解决能源和环境问题的可充电非水系Mg-CO_(2)电池研究奠定了基础。

超电势和极化率对人类生活的影响

以腐蚀原电池为重点，简略讨论了原电池或电解池中电流强度不为零时超电势（极化量）和极化率的形成原因，对阳极或阴极电势的影响。

NiFeCoAlOOH纳米颗粒修饰钛掺杂纳米多孔赤铁矿光阳极用于高效光电化学水分解

本文利用一种简单的化学配体控制氧化方法,将NiFeCoAlOOH纳米颗粒负载在钛掺杂的纳米多孔赤铁矿光阳极上(Ti-PH),并将其用于光电催化水分解、由于NiFeCoAlOOH能够帮助提升Ti-PH光阳极的析氧反应动力学并且降低表面电荷转移电阻,修饰后的光阳极相对于1.23 V us.RHE时具有2.46 mA/cm^(2)的光电流密度,并且与Ti-PH或空白赤铁矿光阳极相比具有更好的稳定性.此外,对比钛掺杂的纳米多孔赤铁矿光阳极,NiFeCoAlOOH修饰后的光电流的起始电位负移了~60 mV.这项工作为设计高性能、稳定、廉价的光电化学电池提供了一种具有潜力的催化剂修饰方法.

液流储能电池在电网运行中的效率分析

借助实验手段及理论分析,结合电网运行对储能电池的不同需求,开展了全钒液流电池的运行特性研究。明确了影响液流电池储能系统效率的因素,定性、定量地分析了影响电池储能系统效率的内因和外因,包括过电势、支路电流、充放电应用模式、自放电等,指出规模化应用液流电池储能系统时,高电流密度充放电条件下的过电势对系统能量效率的影响极大;在热备用工况下,支路电流与自放电损耗是系统库仑效率的主要影响因素;充放电模式的恰当选择有利于提高储能系统的整体工作效率。该研究为电池储能技术的理论研究及工程示范提供了数据基础及参考依据。

直接甲醇燃料电池动态性能的研究

直接甲醇燃料电池用作移动电源时,电池的动态响应特性特别重要。该文作者利用自行设计的直接甲醇燃料电池测试系统对一有效面积为 50cm2 的直接甲醇单体燃料电池的动态性能进行了实验研究。通过计算机控制电池负载的动态变化。实验研究了电流变化不同波形及各种波形下加载电流大小、斜率变化对电压信号动态响应的影响。结果表明电池电压对各种电流变化的响应很快。动态负载时电池的开路电压要比稳态运行时的高,主要原因是因甲醇窜流造成的过电势的减少。电池内部电化学反应与传质瞬态变化的综合作用对电池动态运行有着关键的影响。

银铜纳米枝晶的生长及光学吸收性质

通过电沉积法制备出了Ag-Cu纳米枝晶,并表征了样品的晶体结构、微观形貌以及光学吸收特性。结果表明:当Ag+∶Cu2+>1时,制备出银铜纳米单相合金,Ag+:Cu2+<1/4时,制备出银铜纳米双相合金。当E=-0.2 V时,形成单个银铜纳米粒子和粒子团簇,吸收峰位于402 nm处;随着沉积电位的增加,形成纳米枝晶,且光学吸收峰发生蓝移。在不同成分的银铜合金中,当Ag+∶Cu2+=4∶1时,形成银铜纳米枝晶,吸收峰在358 nm处,随着铜元素的增加,枝晶尺寸减小,光学吸收峰红移。结合电结晶理论和经典枝晶生长理论解释了Ag-Cu纳米枝晶的形成机制。

H_2SO_4溶液中表面改性铝电极的电化学性能研究

在弱极化区测量了H2 SO4溶液中表面改性铝电极的阳极极化曲线 .研究了表面覆盖层对极板在H2 SO4介质中电化学腐蚀性能的影响 .由弱极化区数据 ,利用Vicor程序分别计算了三个铝电极的腐蚀电流密度、阴、阳极Tafel参数 .同时研究了H2 SO4溶液中氢在铝电极上的过电势 .结果表明 ,在H2 SO4溶液中 ,离子注入铅的铝电极的耐蚀性最佳 。

O_2含量对Fe∶NiO_x阳极催化膜性能的影响

Fe:NiOx薄膜作为太阳能光电化学制氢的阳极催化膜,是在O2/Ar气氛中,利用射频反应磁控溅射方法制备的.O2含量在10%～40%范围内变化.通过对氧过电位、结构、形貌、组分和透过率的测定,来确定O2含量与上述电化学及物理性能的关系.当O2含量为40%,电流密度为8mA/cm2时的氧过电位为250mV.当O2含量增大,过电势减小,而透过率却有所降低,这与膜的结构和组分有关.

太阳电池电解水制氢用阳极催化膜—铁镍氧化物的研究

报道了采用对靶磁控溅射法制备的铁镍氧化物薄膜的其光电特性和结构与氧氩比之间的关系：氧气含量在20％～1％的范围内改变时，获得材料的电阻率为102～10^3Ω·cm；反应室中氧气含量较高（20％）时，材料的晶化强度较小，过电势有所降低，电流密度为10mMcm^2时过电位为321mV。

铁掺杂磷酸钴的电催化析氧性能研究

析氧反应(OER)在清洁能源氢的电催化产生过程中扮演着重要的角色.文中利用水热法和低温磷化法制备了泡沫镍(NF)负载的铁掺杂磷酸钴(Fe-Co 3(PO 4)2/NF)催化剂,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)对催化剂的形貌、结构和组成进行了表征,并在1.0 mol·L^-1 KOH电解质中对其析氧性能进行了测试.结果显示,与纯泡沫镍负载磷酸钴(Co 3(PO 4)2/NF)相比,Fe-Co 3(PO 4)2/NF催化剂具有更优异的催化性能,在10 mA·cm^-2的电流密度下过电势达274 mV,Tafel斜率更是低至33.9 mV·dec-1,并且在电流密度为45 mA·cm^-2下连续测试24 h后,性能几乎无衰减,说明该催化剂具有良好的稳定性.

以丹聂尔电池为电源电解硫酸钠溶液的实验研究

本文作者在无机化学实验教学中发现以丹聂尔电池为电源电解硫酸钠溶液时，实验现象及结论与“教材”要求不符．作者通过应用电化学理论，研究分析了该电解实验的真正本质，找到了问题之所在，并以实验进行了验证．然后提出了已在学生中实施过的行之有效的改进实验方案．

质子交换膜燃料电池的稳态分析

通过建立质子交换膜燃料电池稳态模型,考察了电堆温度和反应压力对电堆性能的影响。仿真结果表明,升高电堆温度使得氢气分压和氧气分压下降,但氢气分压下降的更快;在电堆工作温度范围内,电堆温度升高,热动力电势、欧姆极化电势和活化极化电势均下降,但电堆总输出电压上升;提高阴极侧压力有利于提高热动力电势,同时使得活化极化电势降低,有利于电堆整体性能的改善;提高阳极侧压力对电堆性能改善影响不大。

阴极Pt负载量和背压对PEMFC性能的协同影响规律

结合静态模型计算和实验测试,从活化过电势、欧姆损失和浓差过电势三个方面量化分析了阴极Pt负载量和背压协同对质子膜燃料电池(PEMFC)性能的影响规律。考察了阴极Pt负载量为0.1、0.2、0.4 mg?cm^(-2),背压为100、150、200 k Pa条件下的燃料电池性能。通过比较发现,在上述条件任意组合下,随着电流密度增加,活化过电势、欧姆损失和浓差过电势逐渐加大,直接影响燃料电池性能;但在相同背压条件下,随着电流密度增加,低Pt负载量时的浓差过电势比高Pt负载量时增加得更快;同时发现,背压增加对提高燃料电池的性能有帮助,但背压增加对低Pt负载量比对高Pt负载量效果更明显。因此对于低Pt燃料电池,应适当提高运行背压以优化其性能。本文对上述实验结果的产生机理进行了探讨,并期望该结果能对低Pt/超低Pt燃料电池的设计及性能优化提供参考与借鉴。

立方相碳化钛在锂空电池中的电化学行为

采用直流电弧等离子体法在甲烷和氩气混合气氛下原位合成碳化钛(TiC)纳米颗粒。X射线衍射、透射电子显微镜等物理表征结果显示TiC纳米颗粒粒径约为40～90 nm的立方体结构。循环伏安(CV)测试表明,TiC纳米颗粒兼具高效的氧还原和氧析出双效催化活性,可有效弥补炭材料氧析出催化活性较弱的缺陷。恒流充放电测试结果表明,相对于普通炭材料(导电炭黑,Super-P),TiC纳米颗粒催化剂可将锂空电池充电过电势降低280mV;在电流密度(i_(sp))为50mA·g^(-1)时,首次放电比容量达1267mAh·g^(-1);即使在较高的电流密度150mA·g^(-1)下,比容量仍保持在778mAh·g^(-1),体现了良好的倍率性能。在电流密度为100mA·g^(-1)、限定比容量为500mAh·g^(-1)下,稳定循环10次。通过XRD、红外、扫描电镜表征可知,在TiC纳米颗粒的双效催化作用下,Li_2O_2的生成与分解具有良好的可逆性,有效避免了大量反应副产物积累的问题,进而提高锂空电池的电化学性能。

微量铱掺杂CoxNi1-xO纳米线阵列的制备及其电催化性能（英文）

电催化剂可以降低水分解反应的活化能与相应的过电势,提高电解水的制氢效率.Pt、Ru等贵金属颗粒是最常见的高催化活性材料,但其高昂成本严重限制了它们在工业上的广泛应用.因此,开发以非贵金属为基础的高活性材料是未来实现大规模工业制氢的有效手段.本文以CoxNi1-xO纳米线阵列为结构骨架对其进行微量的铱(Ir)掺杂,同时将Ir的掺杂量控制在1%以下,并系统地研究了Ir-CoxNi1-xO材料的析氢反应(HER)、析氢反应(OER)和全解水性能.实验发现,微量Ir掺杂可以有效提升CoxNi1-xO纳米材料的电化学性能.当Ir在样品的含量仅为0.57 wt%时,Ir掺杂的CoxNi1-xO样品具有最优异的HER和OER性能.特别地,在1 mol L^–1 KOH电解液中电流密度达到10 mA cm^–2时的HER过电势仅为260 mV,OER过电势仅为53 mV.将Ir(0.57 wt%)-CoxNi1-xO/NF样品作为双功能催化剂用于全解水的阳极和阴极时产生10mA cm^–2电流密度需要施加的电压仅为1.55 V.采用第一性原理(DFT)对Ir元素掺杂在调控CoxNi1-xO的电子结构和HER以及OER反应中被吸附物吉布斯自由能的改变等方面进行了量化计算.结果表明,Ir掺杂后CoxNi1-xO总的态密度向导带移动,带隙内电子的相互作用增强,相应的禁带宽度变小,表现为半金属的导电类型,说明Ir掺杂提高了CoxNi1-xO材料的导电性.相应的吉布斯自由能计算结果表明,Ir掺杂后材料表面对氢原子吸附的活性加强,ΔGH*由原来的0.823 eV变为0.523 eV,更加接近理想催化剂的值.同样地,计算表明CoxNi1-xO在参与OER反应时对中间体吸附的吉布斯自由能在Ir掺杂后也得到降低.