C/PTFE气体扩散电极的制备及其在电合成过氧化氢中的应用

制备了C/PTFE气体扩散电极,在隔膜式反应器中考察了该电极还原氧气合成过氧化氢的性能。通过循环伏安及恒电流电解实验考察了氢离子浓度、硫酸钠浓度对氧还原合成过氧化氢的影响。实验发现,电解液pH急剧上升,导致氧还原机理转变,利于过氧化氢的合成;而过氧化氢的积累对其合成不利。通过开式连续电解获得较高电流效率(>80%)、过氧化氢浓度(>0.3%)及稳定pH值。隔膜能够有效降低阴极产物在阳极的氧化损失。

气体扩散电极电合成过氧化氢技术研究进展

过氧化氢(H_(2)O_(2))是一种高效的氧化剂,被广泛应用于化学合成、消毒杀菌和废水处理.通过二电子氧还原反应(2e^(-)ORR)原位电合成H_(2)O_(2)的方法具有高性能和环保性,可作为传统蒽醌工艺的替代策略.气体扩散电极(GDEs)可作为阴极,通过电催化生产H_(2)O_(2),具有更低的成本、更低的能耗和更高的氧气利用效率等优点.探讨GDEs作为阴极时通过2e^(-)ORR产H_(2)O_(2)的机制;讨论GDEs的基本构型、原理及优化方法;分析GDEs催化剂的种类及优势;展望了GDEs作为阴极原位制备H_(2)O_(2)时存在的挑战,为推动2e^(-)ORR原位电合成H_(2)O_(2)迈向市场化提供借鉴.

气体扩散层压缩对膜电极性能的影响探究

质子交换膜燃料电池膜电极中,气体扩散层压缩率同时影响着电荷传导和水、气传输,进而对膜电极性能产生重要影响。本文通过对不同气体扩散层压缩率(17.5%~35.5%)下膜电极欧姆电阻、质子电阻及氧传输阻抗等电化学特性和极化性能的研究,同时基于弛豫时间分布法对不同压缩率下电化学阻抗数据进行拆解分析。结果表明气体扩散层压缩对膜电极性能的影响主要集中在接触电阻和氧扩散阻力两方面。GDL的压缩,使其内部结构趋于致密,孔隙率和孔道尺寸减小,并增强了与催化层的接触,进而使接触电阻减小而氧扩散阻力增大。GDL压缩率设计应兼顾界面接触电阻与气体扩散阻力。

气体扩散电极电化学控氧性能研究

通过装配电化学控氧单元,模拟果蔬盒,可在22.5 A(50 mA/cm^(2))的恒电流下,实现80.1 mL/min的氧气转换率,在23 min内将30 L果蔬盒内的氧气浓度降低并控制在15%以下,符合商业化降氧保鲜的技术要求。经某大型家电企业产业化装配测试,控氧单元可实现恒流80 mA/cm^(2)下2000 h以上的长效运行。

C/PTFE气体扩散电极的杀菌特性研究

自制活性炭/聚四氟乙烯(C/PTFE)气体扩散电极,研究其在无隔膜体系中的电化学杀菌特性,考察了PTFE与粉末活性炭的质量比(WPTFE)、载铂量(WPt)、造孔剂含量(WNH4HCO3)、pH、氧气流量(QO2)、含盐量以及电流密度对杀菌效率的影响。结果表明:当WPTFE=50%、WPt=0.3%、WNH4HCO3=70%、QO2=0.5L/min、pH=3～10、电流密度=6.6mA/cm2时,电解30min后杀菌效率可达到或超过85%。

钴基气体扩散电极强化电芬顿处理磺胺噻唑钠

制备钴氧化物掺杂的碳氮气体扩散电极(Co-CN-GDE)强化电芬顿体系抗生素降解效能.引入CoOx后,Co-CN-GDE界面反应电荷阻力降低,氧强度提高,促进HO·等活性物质生成.将其应用于磺胺噻唑钠(STZ)废水处理,20min内随钴掺杂比例从0增加至1/5,反应动力学常数从0.008min^(-1)提升至0.243min^(-1),STZ降解率从76.94%提升至98.99%.同时生物毒性实验证明新电芬顿体系对STZ有去毒作用.最后,通过超高效液相色谱-串联质谱检测STZ降解过程中的产物,得出STZ主要降解路径为α,β和γ键断裂.本文为解决微区强碱环境催化剂还原受阻进一步提高气体扩散电极处理抗生素废水能力提供解决思路.

Pt—C／PTFE型气体扩散电极制备的研究

用热分解的方法制备Ｐｔ－Ｃ／ＰＴＦＥ型气体扩散电极，及其他不同电催化剂（铂电催化剂和铂－铈合金电催化剂）的气体扩散电极，对其电化学活性进行对比。实验结果表明钢电催化剂的气体扩散电极的电化学活性优于铂－铈合金电催化剂的。

防水型碳化钨气体扩散电极的研究

碳化钨(WC)以高硬度、高耐磨性的特性历来深受治金学家重视,常用它制造刀具、量具和模具,近二十余年才将其作为催化剂加以研究.这些年来,人们已发现WC催化剂具有较强的耐酸性、良好的导电性和电催化活性,且不受任何浓度的一氧化碳和几个PPM的硫化氢中毒,在加氢和脱氢方面,某些性质很类似于铂,故颇受人们关注. 本工作采用与常规不同的制备方法,制成高活性碳化钨粉末催化剂,曾先后对WC粉末在不同气氛中的热稳定性、几种溶液中的电化学稳定性及其阳极氧化机理进行了研究,并将WC粉末用作电催化剂制成半防水型氢电极,以碳为氯电极材料,单电池电极面积0.1m^2,由10个单电池按复极式串联成20D余瓦的氢-氯燃料电池组,在工厂中连续运行三个月,WC氢电极性能保持稳定。在此基础上,为进一步提高WC氢电极活性,提出了防水型WC气体扩散电极的研究.本文主要报导碳化钨粉末制备中物相组成、比表面及其电极制备条件对电极活性的影响,以及该电极的主要性能。

PTFE载量对气体扩散层性能的影响

在质子交换膜燃料电池的气体扩散层中,处理好水、气、电子的通道是十分重要的。对碳纸用不同浓度的PTFE乳液(12%,15%,18%)进行疏水处理,通过组装电池测试表明:用15%的PTFE乳液浓度处理的碳纸表现出了好的电性能。

新型气体扩散电极体系高效产H_2O_2的研究

以自制新型石墨/聚四氟乙烯(PTFE)气体扩散电极在无隔膜体系中进行双氧水发生工艺的优化研究,主要探讨了不同石墨和PTFE质量比、阴极电位、pH值和氧气流速对H2O2产率的影响.结果表明,以石墨和PTFE质量比为2∶1的气体扩散电极为阴极,在pH=3,Na2SO4浓度为0.1mol·L-1,氧气流速为0.4L·min-1,阴极电位为-0.55V(vsSCE)时,2h后H2O2可以达到60mg·L-1.该新型体系有较高的H2O2产率和电流效率(可达60%以上),且pH值适用范围较广,可望应用于水中污染物的处理.

粘结剂聚四氟乙烯乳液经过乙醇预处理后对气体扩散电极性能的影响

在气体扩散电极的制作工艺中,加入乙醇对粘结剂聚四氟乙烯(PTFE)进行预处理.通过全自动微孔物理化学吸附仪对气体扩散电极进行BET比表面积、Langmuir比表面积、孔分布等进行测试,并用扫描电子显微镜(SEM)检测观察电极表观形貌.以锌电极作为负极组装成锌空气电池,检测在不同的电流密度下气体扩散电极相对锌电极的电位变化,研究PTFE乳液经过乙醇预处理后对电极性能的影响.结果显示,PTFE乳液经过乙醇处理后,先膨胀后收缩,能够增加催化层和气体扩散层的孔隙结构和比表面积,从而使得电极有效电化学反应场所相应增多,减低电极在大电流密度条件下放电时的极化过电位.

采用气体扩散电极降解酸性红B研究

采用Pt/C气体扩散电极(GDE)为阴极,对酸性红B溶液进行单室电解和双室电解.单室电解中,以GDE为阴极,效果远优于石墨阴极,H2O2生成量为石墨阴极的10倍,在pH=1时,具有最好的处理效果,电解40min,脱色率为78.3%.通过分室电解,对酸性红B的降解机理进行了分析,阳极区为阳极的直接氧化,受pH值、Fe2+和O2的影响较小;气体扩散阴极为通过还原O2生成H2O2,然后分解为羟基自由基,氧化有机物,受pH值,Fe2+,O2的影响较大.当pH=3,Fe2+浓度为50mmol·l-1,空气流量为180L·h-1时,电解80min,阴极区的脱色率为94.2%,COD去除率为66.8%,而阳极区的脱色率为73.3%,COD去除率为56.2%,电流在阳极区和阴极区的利用效率加起来计算的“表观电流效率”达到145.3%.

氧电极气体扩散层的研究

研究了不同含量PTFE对氧电极气体扩散层性能的影响;分别以丙三醇、Na2SO4、草酸铵、ZnO作为造孔剂,研究了不同造孔剂及含量对氧电极性能的影响;选用镍网做导电骨架,采取催化层/集流体/气体扩散层的排布方式,以纯铝为阳极,4 mol/L KOH溶液为电解液,将空气电极与铝阳极组装成电池,考察电池的性能,并通过扫描电镜(SEM)研究气体扩散层的表面形态。研究结果表明:当扩散层中PTFE的含量为60%,选用草酸铵为造孔剂,草酸铵与载体的质量比为3∶1时,电极内部的空气传导阻力小,整个氧电极的性能最佳。

ZrO_2氧传感器多孔电极中气体扩散过程模拟

用扩散障将多孔电极材料中微孔对ZrO2 气体氧传感器性能的影响孤立出来研究 ,发现气体在电极层中扩散缓慢而使传感器的V/I特性和过渡过程等的变化显著 .通过对V/I特性的模拟 ,建立了电极材料中的空隙结构与V/I特性间的定量关系 .并对过渡过程的变化也提出了一个定性解释 .

Na^+对PEMFC Pt/C气体扩散电极的影响

采用燃料电池半电池体系模拟了质子交换膜燃料电池(PEMFC)中Na+污染气体扩散电极时的工况,研究了Na+对PEMFC常用的Pt/C气体扩散电极性能的影响。通过循环伏安曲线和电化学阻抗谱,测试了电极在Na+污染前后催化层电化学比表面积(ECA)和电极反应界面上的电荷转移电阻发生的变化。实验结果表明,随Na+污染浓度的增大,电极性能逐渐下降;污染后电极催化层电化学活性比表面积出现明显减少,当污染物浓度为10000×10-6时,ECA降低了43%;外加相同电位时,随Na+污染的增加,电极反应界面上的电荷转移电阻逐渐增大。Na+的存在对Pt/C气体扩散电极具有明显毒化作用。

质子交换膜燃料电池用梯度结构气体扩散电极

依次用m(Pt)∶m(Nafion)=0.4∶0.8、0.6∶0.6、0.8∶0.4和1.0∶0.2的催化剂料液分层涂覆,制备了梯度结构气体扩散电极;通过伏安曲线、扫描电镜(SEM)和循环伏安(CV)等方法,研究了电极结构对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。该梯度结构电极具有电子传导速度快、质子传递通道多的特点,催化剂Pt的利用率比亲水电极提高了32%,且能扩大催化反应的三相界面,提高PEMFC的性能。在电流密度为500 mA/cm2、1 000 mA/cm2时,使用梯度结构电极的PEM-FC的电压比使用亲水电极的分别高6.9%、13.7%。

PAFC空气电极气体扩散层数学模型与数值分析

A mathematic model is used to describe the mass transfer of mulfticomponents [O2, H2O(g), N2] in the gas diffusion layer of air electrodes of phosphoric acid fuel cells (PAFC). A program of solving this mathematic model is designed with FORTRAN77. The main factors effecting the efficiency of mass transfer in gas diffusion layer are predicted by means of the numberical analysis of the proposed model. The range of these fartors allowed to change is also determined.

直通管模型气体扩散电极的电流分布计算

用基于单孔模型基础上的规则直通管模型计算气体扩散电极的电流分布。假设仅有活化极化和欧姆极化存在的情况下,此时电化学反应发生在电解液、气体和电极固体骨架的接触线上。在该状态下,考察了孔径和孔隙度对电流分布的影响,以及在过电位初值大于和小于0.1 V时的电流分布。通过提出一种假设的规则直通孔分布的模型实现了沿电极厚度方向各个位置电流分布的理论计算,可为制造高效电极提供理论依据。

炭黑对锂空气电池气体扩散电极性能的影响

研究了BP2000、XC-72及乙炔黑等3种炭黑对锂空气电池气体扩散电极的电化学性能影响,测试了锂空气电池的放电性能,确定了电极用的最佳炭黑为乙炔黑。对电极上乙炔黑的含量及载量进行优化,当乙炔黑含量为80%、载量为1.0 mg时,以0.2mA/cm2的电流放电至2.0 V,炭黑的比容量可达2 531 mAh/g。SEM测试结果表明:反应产物在电极上的堆积是电池失效的主要原因。

质子交换膜燃料电池电极用气体扩散层材料

通过分析质子交换膜燃料电池(PEMFC)电极用气体扩散层的功能特点及性能要求,对几种常用于PEMFC电极中的气体扩散层材料,如碳纤维纸、碳纤维编织布、非织造布及炭黑纸等进行了评述,介绍了它们的基底制作工艺及后处理工艺,同时对几种典型的憎水处理方法作了简要的说明。针对各种气体扩散层材料存在的缺陷,指出研究开发具有高性能的气体扩散层材料将有利于改善PEMFC电极的综合性能。