阴离子膜直接甲醇燃料电池

目前质子交换膜直接甲醇燃料电池(PEM-DMFC)面临着甲醇在阳极的电氧化性能差和甲醇从阳极渗透到阴极严重这两大难题。阴离子膜直接甲醇燃料电池(AEM-DMFC)由于采用碱性体系阴阳极的电催化性能大幅提高,电渗析方向的改变减小了甲醇从阳极向阴极的渗透,这些优点有望解决PEM-DMFC目前所面临的难题。主要论述了阴离子膜DMFC的原理,及与质子膜DMFC对比,并对甲醇在碱性条件下电氧化催化剂,氧化机理及反应速率影响因素进行介绍和评述以及对AEM-DMFC的发展做出了展望。

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.

季鏻盐定域体制备阴离子膜电极的研究

本文合成了数种季鏻盐,并用于制成阴离子膜电极;比较了不同链长的季鏻盐和电活性物含量对电极性能的影响;研究了电极的电位选择性系数与阴离子性质的关系。

阴离子膜不锈钢阳极锌锰合金电沉积的研究

研究了锌锰合金电沉积的工艺条件、镀液稳定性、镀层中锰含量和阴极电流效率的规律。采用阴离子膜作阳极隔膜 ,不锈钢作阳极 ,紫铜板为阴极 ,研究了硫酸盐 柠檬酸体系锌锰合金电沉积的工艺条件 ,讨论了阴极电流密度、镀液中锰离子的浓度、镀液中锌、锰离子的摩尔比、增效剂、电沉积温度等因素对镀层中锰含量和阴极电流效率的影响规律 ,探索了提高阴极电流效率的途径 ,改善了镀液的稳定性。本文所选工艺条件为 :MnSO4 ·H2 O 30～ 5 0g/L ,ZnSO4 ·7H2 O :5～ 10g/L ,柠檬酸钠 (二水 ) 10 0～ 15 0g/L ,增效剂 0 .0 83g/L ,表面活性剂适量 ,ic1.5～ 3.0A/dm2 ,pH值 5 .6 ,t 2 5～ 30℃。该工艺可得含锰量为 5 0 %左右的锌锰合金镀层 ,阴极电流效率约为 6 0 %。镀液在该工艺条件下连续施镀 90min镀层组成稳定。

硫酸介质中阴离子膜电解氧化铈的电极选择

报导了硫酸介质中电解氧化铈的阴阳极选择。从电极的耐蚀性、电极对阳极电流效率及槽电压影响三方面的比较 ,可以得出 :在阴离子交换膜体系中 ,1#铅合金在所比较的三种阳极材料中是最佳的 ,可以在该体系中作阳极。铜作阴极是可行的 ,既有高的电流效率又有低的溶解性和槽电压 ,可以保证电解的顺利进行。

氯乙酸醚化PVA聚阴离子膜材料的制备及表征

利用超声振荡,以聚乙烯醇(PVA)和氯乙酸为原料,氢氧化钠为催化剂,制备聚阴离子膜材料。考察了影响取代度的各因素,确定最佳工艺条件为:聚乙烯醇3 g,氯乙酸6.5 g,超声振荡时间1 h,反应温度70℃,水用量27 mL。利用红外光谱对聚离子材料的化学结构进行了表征,并对醚化反应的取代度、材料的溶解性进行了测试。

羧甲基取代PVA聚阴离子膜材料的制备及表征

利用超声振荡,以聚乙烯醇(PVA)和氯乙酸为原料,氢氧化钠为催化剂,制备聚阴离子膜材料。考察了影响取代度的各因素,确定了最佳工艺条件。利用红外光谱对聚离子材料的化学结构进行了表征,并对醚化反应的取代度、材料的溶解性进行了测试。

聚乙烯醇/[Nbmd]OH碱性复合阴离子膜的制备及性能

以吗啡啉与溴代十二烷为原料,合成新型[Nbmd]OH碱性双核离子液体,并将[Nbmd]OH引入聚乙烯醇(PVA)的铸膜液中,通过浇铸法制备了掺杂碱性离子液体的复合阴离子膜PVA/[Nbmd]OH。采用热重分析及扫描电镜对所制备的复合阴离子膜的热稳定性及形貌进行表征。同时考察了离子液体含量对PVA/[Nbmd]OH复合膜的含水率、溶胀性能、力学性能及电导率的影响。结果表明,离子液体含量的增加可提高PVA/[Nbmd]OH复合膜的含水率、溶胀度、电导率等。其中,当碱性离子液体质量分数为20%时,复合膜的综合性能达到最优,此时,膜的含水率和拉伸强度分别达到161.6%和23 MPa,在70℃时,膜的电导率为2.11×10^(-3)S/cm,表明碱性离子液体的引入,能明显改善膜的导电性能,但是拉伸强度受到了一定的影响。

咪唑鎓功能化长侧链聚苯醚阴离子膜的制备与性能研究

以聚苯醚(PPO)为基材,与4-氟苯甲酰氯进行酰基化反应,接入4-氟苯甲酮侧链,而后与2-(4-羟苯基)乙醇进行缩合反应,再对醇羟基进行溴代,最后接入1,2-二甲基咪唑,得到了离子交换容量(IEC)为1.13~1.63 mmol/g的咪唑鎓功能化长侧链PPO膜.膜的溶胀度和吸水率均随着IEC的增大而增大,而温度对其影响较小,仅IEC为1.63 mmol/g的膜在80℃时变化相对明显.QPPO-PEImOH膜的离子传导率随着IEC的增加而增大,80℃时最高可以达到62 mS/cm.QPPO-PEImOH膜具有良好的碱稳定性,在60℃碱稳定性测试168 h后,其IEC保留率为93%.将QPPO-PEImOH膜用于电解水制氢,在1 mol/L KOH、温度为50℃和电压为2.0 V时电流密度达到698 mA/cm^(2).

阴离子膜电解制备铜粉的研究

介绍了阴离子膜体系电解制备铜粉的特点。研究了电流密度、铜离子浓度、阴极液酸度和阴极液中其它阳离子对电流效率、成粉率和成粉电流效率的影响,给出了阴离子膜体系电解制备铜粉较佳工艺技术条件。

阴离子膜控温电解槽次氯酸法合成环氧丙烷的实验室研究

用国产阴离子隔膜设计了电解发生HClO水溶液的电解槽和相关流程 ,并用于与丙烯反应合成有重要工业意义的环氧丙烷。对各种反应条件进行了研究。结果表明该实验室系统在电流密度 75 0A/m2 、pH 6 4、10～ 15℃等优化条件下可稳定获得 0 .419mol/L的HClO水溶液 ,与丙烯反应得到环氧丙烷的质量分数为 1.5 % ,主要副产物 1,2 二氯丙烷的质量分数小于 0 .0 15 %。

阴离子膜耦合电化学反应氧化铈(Ⅲ)同时析出铜粉的新工艺

通过系列试验选择出耦合电化学反应氧化铈 (Ⅲ )同时析出铜粉所需性能较佳的阴离子膜和Pb合金阳极 ,比较了不同电解方法的技术经济指标 .结果表明 :耦合电化学反应氧化铈 (Ⅲ )同时析出铜粉的新工艺是解决制约硫酸稀土电解氧化分离铈 (Ⅲ )实现工业化的可行方法 .放大试验结果与小试验结果一致 ,阳极电效约 82 % ,铈氧化率大于 98% ,阴极电效约94 % .

阴离子膜直接甲醇燃料电池阴极氧电还原研究

阴离子膜直接甲醇燃料电池(AEM-DMFC)采用碱性体系,阴阳极反应环境优越,反应过电位较低,电渗析与甲醇渗透方向相反,甲醇进入阴极的速率较小,电池功率密度和发电效率明显高于质子膜直接甲醇燃料电池(PEM-DMFC)。碱性条件下,阴极氧还原电催化材料的研究和应用多集中于Pt/C和Ag/C,因其活性和抗甲醇性不足,反应过电位较高,AEM-DMFC的优势并未得到充分体现,因此开发新型阴极电催化剂成为提高AEM-DMFC性能的关键问题。

采用阴离子膜电解法从红土镍矿常压浸出液中制备金属镍

以红土镍矿常压酸浸净化液为原料,采用阴离子交换膜与电解结合的方法制备金属镍。分别研究电解液成分、温度、时间、电流密度和p H等因素对阴极电流效率、回收率、能耗以及槽电压的影响。结果表明:含Ni2+溶液浓度为64 g/L、H3BO4浓度为40 g/L、H2SO4浓度为0.1 mol/L、温度为40℃、电流密度为300 A/m2、p H为5.2时,阴极电流效率达到98.47%,能耗为3470 k W·h/t,得到的金属镍纯度达到99.9%以上,能够满足工业上的要求。

掺杂双核咪唑离子液体阴离子膜的制备与表征

以双核N-十二烷基咪唑与1,4-二溴丁烷为原料,异丙醇为溶剂,通过两步法合成双核咪唑离子液体。以壳聚糖为基料,掺杂双核咪唑离子液体,用戊二醛(GA)交联,制备一系列交联型阴离子交换膜。考察了离子液体的加入量和交联剂的用量对膜含水率、机械强度、离子交换量(IEC)、电导率等各项性能的影响。结果表明,交联剂和离子液体加入量的增加可有效降低膜的含水率,增加离子交换量和导电率,其中交联剂对机械性提高效果明显,交联剂和离子液体的加入量为6%和5%时,取得合适的含水率和溶胀度,分别为106%和131%。在温度70℃时,复合膜的电导率最高可达0.063 5 S/cm。

燃料电池用季铵化聚乙烯醇与羟基磷灰石阴离子膜

以季铵化聚乙烯醇(QPVA)和羟基磷灰石(HA)为原料制备了燃料电池用阴离子复合膜,对膜材料分别进行了红外光谱(FT-IR)结构表征和热失重(TGA)分析.结果显示,HA的引入将复合膜的热分解温度提高了约30℃.对不同HA掺杂量的一系列阴离子复合膜的物理化学性能指标的测试表明,HA的掺杂改善了复合膜的溶胀率和断裂拉伸强度,减缓了升温条件下因水蒸发导致的膜电导率的下降;但复合膜的离子交换量有所降低.当HA的掺杂量(质量分数)由0增加到75.0%时,相应复合膜的体积溶胀率由105.5%降低为55.5%;拉伸强度由47.9 MPa提高到69.5 MPa;离子交换量则由0.72 mmol/g降低为0.54 mmol/g.

聚苯醚阴离子膜的改性及在钒电池中的性能

阴离子交换膜具有优异的阻钒性能,但是其电化学性能和化学稳定性低于阳离子交换膜,阻碍了其在全钒氧化还原电池中的应用。选用国内商业化聚苯醚(PPO)阴离子膜作为基膜,采用了两种不同的方法在阴离子交换基膜中引入阳离子交换基团成为两性离子交换膜。结果表明,二种改性方法均能提高膜的IEC、电导率等基本性能和电化学性能。由于全氟磺酸溶液(PFSA)改性后隔膜的阻钒离子能力显著提高,该膜组装的电池的能量效率和电流效率分别提高3.2%和6.7%。

季铵化壳聚糖/[Nbmm]OH碱性复合阴离子膜的制备及性能

以季铵化壳聚糖(QCS)为制膜原料,[Nbmm]OH碱性离子液体为掺杂物,通过溶液浇铸法制备了一系列掺杂碱性离子液体([Nbmm]OH)的交联复合膜(QCS/[Nbmm]OH)。采用红外光谱、热重分析及扫描电镜对复合膜的结构、热稳定性和微观形貌进行分析。同时考察离子液体掺杂量对QCS/[Nbmm]OH复合膜的含水率、力学强度及导电性能等指标的影响。结果表明,随着[Nbmm]OH离子液体掺杂量的增加,复合膜的含水率、离子交换量以及电导率均增加,但是拉伸强度和断裂伸长率略有下降。其中,当离子液体掺杂量为15%(质量分数)时,复合膜在70℃的电导率为0.0115S/cm,拉伸强度为19 MPa,离子交换量为1.25 mmol/g,含水率和溶胀度分别为143%和87%。

燃料电池碱性聚合物阴离子膜研究进展

阴离子交换膜(AEM)是碱性聚合物电解质燃料电池APEMFC内部结构中的核心部件,但是目前因离子导电率差和化学稳定性不足等问题还不能满足APEMFC商业方面的推广应用。因此,迫切需要开发出高性能的AEM以备APEMFC使用。介绍了一些比较成熟的AEM功能化方法,并综述了近年来国内外关于APEMFC的最新研究成果。

季铵化聚芳吲哚阴离子膜的制备

通过吲哚2,3二酮和联苯在超强酸催化下反应,合成了不含芳基醚键的聚芳吲哚聚合物,而后通过酰胺与2,3环氧丙基三甲基氯化铵反应,成功制备了一种新的季铵化聚芳吲哚阴离子交换膜.由于不含芳基醚键,有效减弱了OH-对膜主链骨架的攻击,提高了膜的耐碱性.膜浸泡在80℃的1 mol/L KOH水溶液中672 h后,其离子电导率和离子交换容量分别达到测试前的84%和89%,证明其具有良好的耐碱性.将该膜制备成膜电极,在80℃下测试单电池性能,开路电压为0.97 V,在电流密度为150 mA/cm^2时最大功率密度达到68 mW/cm^2.