汪宗源
,
张汉清
,
赵丹丹
,
唐电
,
张腾
材料热处理学报
通过热分解法制备Ni0.75Fe0.25催化层,研究了不同螯合剂(柠檬酸,乙醇酸和D-葡萄糖酸)对催化层的结构及抗积碳性能的影响.结果表明:热分解法制得的晶相为FeNi3相,其结构及尺寸均与螯合剂有关.氧-程序升温氧化和拉曼光谱分析表明含D-葡萄糖酸的催化层具有最佳的抗积碳能力.采用D-葡萄糖酸改性催化层制作的单电池在650℃的甲烷燃料中最大功率达289 mW·cm-2.另外,该电池在甲烷燃料中以600 mA·cm-2的电流密度下运行9h后电压仍保持初始电压的61％,而未改性的单电池电压相同运行条件下仅余53％.
关键词:
催化层
,
螯合剂
,
热分解
,
相结构
,
抗积碳
蒋巍
,
李玉杰
,
梁广川
,
卜雪涛
材料导报
采用正交实验法,固定其主要成分活性炭的含量,对空气扩散电极催化层中的其它4种成分,即PTFE、乙炔黑、无水乙醇、催化剂(γ-MnO2)的含量进行了优化设计.优化及分析结果表明:PTFE的含量对空气扩散电极的性能影响最大.在活性炭的含量为4.0g,20ml无水乙醇,1.0g乙炔黑,2.5g催化剂(γ-MnO2),2.0gPTFE的配比条件下,空气扩散电极的电流密度可以达到202mA/cm2.
关键词:
正交设计法
,
空气扩散电极
,
催化层
,
金属/空气电池
龙志
,
邓光荣
,
刘长鹏
,
葛君杰
,
邢巍
,
马树华
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62481-6
燃料电池是一种将燃料反应的化学能转化为电能的装置,可分为氢氧质子交换膜燃料电池(PEMFCs)、直接甲醇燃料电池(DMFCs)和直接甲酸燃料电池等.与 PEMFCs相比, DMFCs以甲醇为燃料,燃料的储存运输和电池操作运行具有较高的安全性,所以近年来受到人们的广泛关注.
膜电极组件(MEA)是 DMFCs的核心部分,由气体扩散层(GDL)、催化层(CL)和质子交换膜(PEM)三部分组成. GDL用于提高电池传质能力,并同时作为 MEA的集流体. PEM主要用于隔离燃料和氧气,进行质子传导. CL是 MEA中的主要组成部分,为电化学反应提供场所.
催化层由催化剂,质子传输介质和电子传输介质组成.通常,阳极催化剂采用 PtRu/C,阴极采用 Pt/C,质子传输介质为全氟磺酸树脂,如 Nafion. CL的结构对电池性能有直接的影响,因此人们对 CL的结构进行了详细的研究,并通过调节 CL亲水性能、梯度催化层的结构设计等优化其结构.研究表明,当 CL中 Nafion含量为33 wt.%, PEMFCs具有最佳的电池性能. DMFCs与 PEMFCs对 MEA要求不同,其阴极更容易发生水淹现象.本文结合非接触式三维光学轮廓仪、接触角测试系统和电化学测试对阴极不同 Nafion含量的膜电极进行了表面形貌、亲水性、循环伏安和 DMFC性能测试.
本文利用喷涂法制备了 GDE,然后与 Nafion115热压形成 MEA.由三维表面形貌图可以看出,随着催化层中 Nafion含量的增加, GDE表面的粗糙度变大,尤其是 N35和 N45.理论上,表面粗糙有利于 Pt的暴露和传质扩散,但是其电池性能并未与粗糙度呈现出正相关的关系,因为 Nafion含量高于35 wt.%, Pt被 Nafion过度包裹,抑制了 O2至催化剂表面的传输,且随着 Nafion含量由15 wt.%增加至45 wt.%,其 GDE表面的接触角由166.8o减至143.1o,说明 CL的亲水性增强,易导致阴极产生的水无法及时排出,从而造成阴极水淹现象.
从不同 Nafion含量制备 MEA的 CV图可以看出,随着 Nafion含量的增加, Pt的电化学活性面积(ESA)增加.当 Nafion含量较少时, Nafion无法对全部 Pt纳米粒子(NPs)形成包覆或无法形成连贯的质子传输通道,从而导致大部分的 Pt NPs催化活性较低变为无效 Pt.而有效 Pt NPs要求与连贯的质子传输通道相连接.当 Nafion含量高于35 wt.%时,其 ESA基本保持不变,因为 Pt载量一定,从而限制了 ESA,此时达到该载量条件下的极限 ESA.但是电池极化曲线表明,30 wt.% Nafion含量的 MEA具有最佳的电池性能.因为有效 Pt NPs不一定是高效的,当他们全部被 Nafion包裹后, O2只能依靠溶解在 Nafion中才可以到达催化剂表面,从而阻碍传质.只有 Pt NPs表面包裹和暴露面积达到一定比例时才变得高效.所以当 Nafion含量低于30 wt.%时,主要由质子传输通道导致的有效 Pt NPs较少；当 Nafion含量高于30 wt.%时,出现 Nafion过度包裹 Pt NPs,阻碍 O2传质.因此, Nafion含量30 wt.%时, Pt的包裹面积和裸露面积达到所研究的最佳状态.
关键词:
直接甲醇燃料电池
,
催化层
,
Nafion
,
阴极
,
离聚体
李芬
,
徐献芝
,
朱梅
,
宋辉
应用化学
doi:10.3969/j.issn.1000-0518.2008.06.031
以锌空气电池气体扩散电极为研究对象,采用分层添加催化剂的方式研究了改变催化层位置对气体扩散电极放电性能的影响.将气体扩散电极以集流体为中心分为两面:面向空气侧的A面与面向电解液侧的B面.根据催化剂添加位置的不同,制作四类电极:AB两面都添加催化剂、AB两面都不添加催化剂、只在A面添加催化剂、只在B面添加催化剂.在同等条件下对比并分析四类电极的放电效果.实验证明.当催化层位于气体扩散电极的空气侧(A面)时,整个电池的浓差极化与欧姆极化都会增大,而只在气体扩散电极靠近电解液侧(B面)添加催化剂时电极放电性能相对较好.
关键词:
气体扩散电极
,
催化层
,
锌空气电池
