不同接触电阻的气体扩散电极性能研究

在催化剂与泡沫镍基板之间,采取涂抹式和表面接触式两种方式制作了具有不同接触电阻的气体扩散电极,通过观察微观形貌从理论上说明两种电极的接触方式引起的放电效果区别;结合在锌空气动力电池中的放电实验,获得在同等实验条件下,电极催化剂与基板采取表面接触式比涂抹式制作方式产生的电池表观内阻值高0.05Ω,当放电电流密度值为106mA/cm2,放电电压值低0.09V。说明了气体扩散电极由于催化剂与基板接触方式不同引起的接触电阻变化对电池放电状态的影响及其影响程度。     

动力电池研发的关键性因素探索

在锌空气动力电池体系下,利用气体扩散电极面向空气的表面敷聚四氟乙烯膜和不敷聚四氟乙烯膜的放电对比实验,表明气体扩散方式并非影响电池放电效率的关键因素,并通过两种电极放电后的表观内阻值比较说明内阻因素对放电效果的影响;从理论分析角度阐述动力电池用气体扩散电极电流密度在当前普遍值状态下,气体扩散对电极效率的影响并非主要因素。通过实验和理论的结合阐述了研发动力电池过程中,内阻因素是关键因素,需更多关注。     

气体扩散电极的电流密度分布研究

为探究气体扩散电极中小孔电极电流密度与反应速度及传质的关系,用数值计算的方法,给出了氧电极不同反应速度下的小孔电极电流密度分布。首先根据相关参数,估算出反应的最大传质速度,而后给出了当反应速度大于,等于及小于最大传质速度时的电流密度分布。发现当反应速度等于及大于最大传质速度时,电流密度分布不变,且反应集中于三相交界线附近;当反应速度小于最大传质速度时,电流密度分布随反应速度的减小而改变。     

利用小孔扩散规律研究气体扩散电极结构

分析了气体扩散电极在燃料电池发展中的重要性。利用小孔扩散规律中液体通过气孔的蒸腾与气体通过多孔电极参与电化学反应中相似之处,提出按照植物叶片上的小孔扩散规则来设计气体扩散电极的结构;通过简单的对比实验证实该研究思路的正确性,并设计了可行的研究方法。该研究方向的提出有利于多角度全面开展对气体扩散电极的研究,并促进生物学与物理化学渗流学科的交叉。     

气体扩散电极理论电流密度的研究

为了探究气体扩散电极的放电过程,基于三相交界线概念和带状电极放电实验数据,提出了一种理想电极模型,并推算出该理想模型的理论电流密度约为4500mA／cm^2。对目前技术水平实验输出电流密度和理论电流密度之间的差异进行了讨论,定性分析了缺相等主要影响因素。     

热压复合的燃料电池用亲水-憎水复合电极

对憎水电极和亲水电极进行热压复合,制备了燃料电池用亲水-憎水复合气体扩散电极;通过极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)等方法研究了电极结构对电池性能的影响。该复合电极既具有憎水电极气体扩散速度快的特点,又具有亲水电极质子传导通道多的优点,降低了电化学反应电阻,扩大了催化反应的三相界面,提高了燃料电池的性能。在电流密度为1000mA/cm2时,使用复合电极的电池的电压比使用亲水电极和憎水电极的电池分别高19.6%和15.1%。     

单片立式气体扩散电极初探

介绍了一种新型气体扩散电极——片状立式气体扩散电极三相界面的工作原理和优点,这种片状电极可用于气体参与反应的金属一空气电池和燃料电池。介绍了电极的制备方法,并以锌一空气单电池为例介绍了单电极的电池装置。通过实验比较了不同的聚四氟乙烯含量配方以及不同基体的单片电极在相同的实验条件下分别进行的放电性能,实验得出结论：FTFE的含量为10％和表面均匀程度高时,电池性能较好。     

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。     

气体扩散层对空气电极寿命的影响

以乙炔黑、60%PTFE乳液为原料,用辊压法制备空气电极的气体扩散层。研究了烧结与未烧结气体扩散层的性能参数及其对空气电极寿命的影响。用压汞分析法和SEM研究了气体扩散层的孔结构及形貌。结果表明:相对未烧结扩散层的空气电极,烧结扩散层的空气电极寿命更长,1 000 h寿命试验中无渗液现象,且性能较好。烧结提高了电极材料的疏水性和孔隙率。烧结后气体扩散层适宜的孔结构为:孔隙率约为70%,平均孔径约为70 nm。     

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%。     

碱性介质中泡沫镍镀锌电极电化学行为的研究

应用掠射式椭圆偏振技术 (掠射椭偏术 )和循环伏安法对以泡沫镍为基体的表面镀锌电极在碱性电解质 (KOH)中的电化学行为进行了研究。结果表明 :掠射椭偏术用于此类多孔电极体系的研究可以弥补反射式椭圆偏振技术的不足 ,显示出掠射式表面测试技术独特的优点 ;再者由于所研究的泡沫镍镀锌电极除具有较高的孔隙率和比表面外 ,还具有适当的活性 ,在电池充放电期间 ,负极上的锌能够得到充分的利用。而作为基体材料的镍在电解液中具有较高的稳定性 ,应用于碱性锌电池中不仅有利于改良电池的性能 ,而且作为蓄电池的负极材料有利于电极基体材料的回收和电极本身的再生。该研究结果为在碱性锌蓄电池中应用泡沫镍基材料制备锌负极和有效改善碱性锌电池的性能提供了依据。     

泡沫镍镀钴提高镍正极性能

研究了泡沫镍基体电镀钴对镍正极的放电容量尤其是大电流放电性能的影响,结果表明:泡沫镍基体的镀钴层能改善基板与活性物质间的导电网络,减小活性物质与基体间的接触电阻,提高镍正极的大电流放电性能和快充快放性能.     

基于可溶性铅(Ⅱ)离子电解液的铅酸液流电池

使用恒流充放电方法研究了电流密度、负极集流体材料(石墨、紫铜和镍)及电解液中甲基磺酸浓度对铅酸液流电池充放电性能的影响.结果表明:大电流密度下工作时由于极化作用,电池的性能下降较大;使用紫铜为负极集流体的电池性能较高;随电解液中甲基磺酸浓度的增加电池的库仑效率轻微下降,电压效率小幅上升.     

Research on flaky and vertical gas diffusion electrode

Inbatteriesandfuelcells ,theelectrochemicalreactionsonlytakeplaceonthethree phaseinterfacewherethegas ,theliquidandthesolidcoexist Thegasdiffusionelectrodeisproduced En largingthethree phaseinterfaceisthemostsignificantmethodtorealizethehighefficiencyutilizationofthebatteriesandfuelcells Manyresearchersstudythegasdiffusionelectrodefromimprovingthecatalystpointofview[1-6] Butwetrytochangethelaying outmodeoftheelectrodetoenlargethethree phaseinterfacewithoutexpandingthevolumeofthegasdiffusionel…     

贮氢负极的电化学交流阻抗特性研究

通过试验测得金属氢化物电极的电化学交流阻抗谱（ＥＩＳ），经过分析得到该电极的等效电路图。为了分析电极在不同状态下的阻抗及不同种类电极的阻抗，ＥＩＳ被用于其分析：（１）不同带电态的电极；（２）不同集流体电极；（３）不同化成态的电极。试验结果表明：（１）随放电深度的增加，电荷传递阻抗Ｒ７有先减小后增大的趋势，温伯格阻抗对应电导逐渐减小；对此进行了理论分析；（２）泡沫镍在电极中起到的集流作用不一定明显优于冲孔镍带，但可能由于镍的电催化作用，能减小电极反应的电子转移步骤阻抗；（３）以充放电方式的电化学化成主要是减小电荷转移阻抗，而对温伯格阻抗无明显影响。     

纳米复合氢氧化镍电极研究

纳米氢氧化镍材料是一种高效的镍电极材料 ,纳米级镍电极的制备方法对镍电极电化学性能的影响很大。研究结果表明 :分散处理的纳米氢氧化镍颗粒制备的镍电极在容量与放电平台方面高于未处理的电极 ;纳米复合镍电极的电化学性能优于纳米镍电极。分散处理的纳米氢氧化镍颗粒组装而成的纳米复合镍电极电化学性能超过了常规球镍电极。纳米颗粒团聚的减轻与纳米颗粒的流动性 ,使纳米复合电极的导电性能与质子传导性能明显改善是分散处理纳米复合镍电极具有优良电化学性能的原因。     

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。