质子交换膜燃料电池中氢电极和氧电极性能的研究

采用三种活性碳和三种还原剂,通过化学还原得到Pt/C催化剂.将涂在碳布上的Pt/C催化剂在125℃下热压在Nafion膜上,制成氢电极和氧电极,用循环伏安和极化方法研究了Pt/C-Nafion膜电极的性能.结果表明,这种电极的性能主要与活性碳的种类有关,而制备催化剂的还原剂起着次要的作用.对质子交换膜燃料电池的电流-电压性能和放电行为进行了初步研究.     

直接甲醇燃料电池性能研究

研究了聚合物电解质膜直接甲醇燃料电池性能。 2 0 %Pt -10 %Ru/C和 2 0 %Pt/C分别作为甲醇氧化和氧还原催化剂。通过改变甲醇阳极催化层中Nafion与PTFE的含量研究了电池的电流 -电压特性。结果表明 ,催化层中Nafion含量的影响对电池性能至关重要 ,而PTFE的影响则较小。研究得出催化层中Nafion的最佳含量为 7%。通过在电极表面刷一层Nafion溶液 ,明显提高了电池性能。在低Pt载量条件下 ,即阳极Pt含量 0 .6mg/cm2 ,阴极Pt含量 1.1mg/cm2 ,阴极空气近大气压条件下 ,t =60℃ ,甲醇浓度 1mol/L时 ,单电池开路电压为 0 .6V左右 ,0 .4V时电流密度为 3 0mA/cm2 ,0 .2V时电流密度为 10 6mA/cm2 。甲醇阳极催化层表面的扫描电镜 (SEM )观察表明催化层中Nafion含量不同 ,电极结构不同。     

质子交换膜燃料电池亲水电极研究

用质量百分比为40%Pt/C Nafion制备了亲水电极,并与Nafion112质子交换膜热压制备了质子交换膜燃料电池膜电极组件.用恒电流极化和电化学阻抗谱研究了电极组分对性能的影响,同时优化了各组分的含量.在碳纸基体和催化剂层之间引入了C/FEP催化剂支撑层,支撑层碳粉的优化载量为0.8 mg/cm2,FEP的优化质量百分含量为40%.电极催化剂层Pt的适宜载量为(0.40±0.05)mg/cm2,Nafion的优化质量百分含量为30%.     

Pt合金催化SO_2电化学氧化反应的研究

SO2电化学氧化反应一般用于工业废气脱硫、硫循环水电解制氢、硫氧化物检测等领域,随着SO2对质子交换膜燃料电池(PEMFC)毒化问题的出现,人们逐渐关注SO2电化学氧化的研究。电催化剂是SO2电化学氧化过程的关键材料之一。以Pt Ru/C、Pt3Pd/C和Pt/C作催化剂,采用循环伏安测试和极化曲线测试进行SO2电化学氧化研究。循环伏安测试结果显示,相同时间内Pt Ru/C催化剂表面SO2氧化量最高,Pt3Pd/C最低。极化曲线显示,Pt Ru/C催化剂上SO2电化学氧化的半波电位低于Pt3Pd/C和Pt/C催化剂,且Pt Ru/C催化剂上氧化峰电流最高。三种催化剂对SO2电化学氧化的活性高低为Pt Ru/CPt/CPt3Pd/C。     

碳化钨增强Pt/C电催化剂上的析氢反应

研究了碳化钨(WC)增强Pt/C(Pt-WC/C)作为析氢反应的电催化剂,结果显示:Pt-WC/C电催化剂的催化析氢性能比Pt/C电催化剂高.当电流密度为200 mA/cm2时,在载有120 μg Pt-120 μg WC/C电催化剂的电极上比载有240 μg Pt/C电催化剂的电极上过电位降低了将近60 mV;Pt-WC/C电催化剂中使用较少的Pt,但催化活性有了很大的提高.提高H2SO4浓度和温度,都能提高析氢性能.动力学研究表明:Pt-WC/C电催化剂上的催化析氢反应比在Pt/C电催化剂上有更大的交换电流密度和更小的反应活化自由能.     

Ir改性的Pt-Ru/C催化剂的研究

以H2PtCl66H2O和H2IrCl66H2O为前驱体,通过化学还原共沉积方法制备得到了不同Pt、Ir比例的Pt-Ir/C催化剂,同时在Pt-Ru/C催化剂中添加一定量的Ir,得到Pt-Ru-Ir/C催化剂。样品进行了透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子光谱(XPS)表征并在甲醇、乙醇硫酸溶液中进行了电化学性能测试[循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)]。结果表明,Pt基催化剂中添加合适比例的Ir后对于甲醇、乙醇的电催化氧化性能均明显提高,其中Pt∶Ru∶Ir(摩尔百分比)=4∶4∶1的Pt-Ru-Ir/C催化剂对于直接醇类具有最佳的电催化氧化性能。     

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%。     

AFC泡沫镍沉积Pt、Pd催化剂的制备与表征

采用化学置换法制备了Pt/泡沫镍(foam-Ni)、Pd/foam-Ni、Pt-Pd/foam-Ni电极,采用线性伏安、交流阻抗、能谱仪(EDS)等技术研究了所制备的电极在6 mol/L的NaOH溶液中电催化性能。研究结果表明:所制备的电极在碱性溶液中都具有一定的电催化活性,但其电催化活性存在差异。在foam-Ni上沉积Pt、Pd制备的Pt/foam-Ni、Pd/foam-Ni和Pt-Pd/foam-Ni电极中,Pt-Pd/foam-Ni的电催化活性最好,充分说明二元催化剂的电催化性能要优于一元催化剂。     

膜电极性能的影响因素研究

文章以有机多孔膜为电极支撑体制备了亲水电极,用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)。考察了电极在全氟代磺酸离聚物(Nafion)的玻璃化温度处理、催化层中Nafion的含量、以及不同厚度的有机多孔膜等因素对电极性能的影响。测试结果表明亲水电极中Nafion分子的有序排列可以减小电极的极化,减小作为电极支撑体的有机多孔膜的厚度有利于电极性能的提高。采用70%Pt/C制备电极时,Nafion的最佳含量为25%,在1000mA/cm2的电流密度下,电池电压为0.615V。     

高效率多硫化钠/溴储能电池的研究

采用高温还原的方法制备了多硫化钠/溴储能电池负极用Ni/C催化剂,Ni/C、Pt/C分别是多硫化钠/溴储能电池负极和正极性能良好的电催化剂。系统地研究了Nafion膜的厚度、电催化剂含量、操作条件对电池充放电性能的影响。采用较厚的膜,电池性能稍微降低,但可减少阴离子的渗透。这种新型储能电池放电时功率密度达到0 7W/cm2(U=1 0V)。循环性能研究表明:采用较厚的膜,电池的充放电性能好,性能衰减很小,在100mA/cm2充放电,电压效率达到86 7%。     

操作条件对PBI/H3PO4体系高温PEMFC的性能影响

全面研究了PBI/H3PO4体系高温质子交换膜燃料电池(PEMFC)的操作性能,研究了温度、压力、阴极气体成分(空气/氧气)对电池稳态操作性能的影响,同时,测试了电池的变压变温和变负载操作曲线,并且运用电化学交流阻抗谱的方法解释了操作条件对电池性能影响的原因,同时应用薄膜旋转圆盘电极技术初步研究了氧还原反应在两种不同的反应界面(Pt/C-PBI/H3PO4和Pt/C-Nafion/H2SO4)的差别。     

电催化合成酸性过氧化氢的研究

在燃料电池型反应器中,以基于BP2000/PTFE材料制备的气体扩散电极作为阴极电极,以循环流动的硫酸溶液作为电解液,进行电化学合成过氧化氢的研究。探讨了电催化氧还原反应制备过氧化氢的反应过程及机理,同时分析了不同催化剂、电解液p H及电解电压对电解效果的影响。结果表明较优的电解条件是:阴极催化剂采用BP2000的担载量为2 mg/cm2,外加电压为1.5 V。在0.5 mol/L H2SO4溶液中生成过氧化氢的电流效率可达70%,过氧化氢浓度达到1.38mol/L(质量分数约为4.7%)。     

PtCr/C-Nafion 膜氧电极的电催化活性

氧还原电催化剂的研究对聚合物电解质膜燃料电池技术的发展具有极其重要的意义。实验表明某些碳载铂的二元合金可以改善聚合物电解质膜燃料电池中氧还原的电催化性能。本工作的目的是考察ＰｔＣｒ／Ｃ作为氧电极催化剂的活性。采用松木碳为载体和水合肼为还原剂,通过化学还原沉积法制得Ｐｔ／Ｃ和ＰｔＣｒ／Ｃ催化剂。通过涂层和热压得到催化剂－Ｎａｆｉｏｎ膜电极。用电流－电位极化和恒电流放电法研究了催化剂－Ｎａｆｉｏｎ膜电极的性能。与Ｐｔ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜电极比较,ＰｔＣｒ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜电极对氧的电化学还原显示出高的活性。热处理催化剂的活性比未热处理的高。ＸＲＤ分析结果表明,热处理催化剂活性的提高看来主要是由晶格结构改变的结果引起的。     

钼酸盐的电化学行为及其对甲醇氧化的催化作用

用循环伏安和线性电位扫描法研究了硫酸溶液中多晶铂电极上Na2 MoO4 的电化学行为及其对甲醇氧化的催化作用。结果表明 ,Na2 MoO4 在 3 .7mol/LH2 SO4 溶液中 ,一步还原生成不稳定的有色产物钼青铜 (HxMoO3) ,还原峰电位为0 .0V(相对于饱和甘汞电极 ) ,并有一对应氧化峰。多晶铂电极因钼酸盐的还原与氧化而得以修饰。这种修饰电极对甲醇的氧化有很强的催化作用。修饰多晶铂电极上甲醇的氧化电流远大于未修饰多晶铂上的氧化电流。在 1mol/LCH3OH + 0 .0 5mol/LNa2 MoO4 + 3 .7mol/LH2 SO4 溶液中 ,正向扫描电位超过还原钼酸盐氧化峰电位后 ,氧化电流大于相应甲醇和钼酸盐硫酸溶液中氧化电流和的 2倍以上。甲醇在未修饰多晶铂电极上由于吸附一氧化碳中毒引起的电流下降现象 ,也因还原钼酸盐的修饰作用而消失。     

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10 000X 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.     

Pt-ZrO2/C催化剂对CO电氧化机理探讨

采用传统的浸渍还原法制备了Pt-ZrO2[20%Pt-ZrO2(质量分数)]催化剂并研究了其对CO电氧化的催化活性.CO溶出实验结果表明:ZrO2的加入使吸附在催化剂表面的CO氧化电位向低电位方向移动,有利于提高催化剂的抗CO中毒能力.利用平均场模型和RO-PG模型对吸附在Pt-ZrO2/C电极表面的CO氧化机理进行了模拟,结果表明在Pt-ZrO2/C电极表面吸附的CO氧化遵从平均场模型.     

Bottom electrode structures of Pt/Ru and Ru deposited on polycrystalline silicon by MOCVD for DRAM capacitor

Abstract

The electrode structures of Pt/Ru and Ru on polycrystalline silicon (poly-Si) were prepared by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) for high dielectric constant (Ba, Sr)TiO₃(BST) capacitor integration. The electrode structures of Pt/Ru/poly-Si annealed above 700°C for 1h in oxygen atmosphere showed a smooth surface ·microstructure without any second phases on the platinum. The specific contact resistance of Pt/Ru and poly-Si in Pt/Ru/poly-Si structures annealed at 800°C was about 1.5 × 10^?5 Ω-cm². The step coverage of Ru film deposited at 150°C was 76% and those of Pt film deposited at 300°C on Ru (deposited at 150°C) was about 61.3%.     

小孔气体扩散电极的放电机理探索

借鉴植物叶片高效传输的机理,以包含规则排列的贯通直孔的镍片作为骨架材料,与自制催化剂组成小孔气体扩散电极,在锌空气电池体系下与常规泡沫镍电极的放电性能进行比较,并考察不同孔径的小孔气体扩散电极之间的放电特征。结果表明,小孔气体扩散电极相比泡沫镍电极存在更好的放电性能,降低了电极在大电流密度工作时的极化过电位。当电流密度在低于1 000 mA/cm2工作时,放电性能与孔径大小成线性关系,孔径为50μm时,放电效率最佳。总结了小孔气体电极相对泡沫镍气体扩散电极放电效率明显改善,并随着孔径变化放电性能呈现尺度效应,内部结构稳定,间歇放电性能变化较小。     

HT-PEMFC耐CO多层复合结构阳极研究

高温聚合物电解质膜燃料电池(HT-PEMFC)使用富氢重整气代替纯氢进料时,其中高浓度CO(可达3×10-2)会导致电极毒化,使电池性能降低.采用Pt/C和PtRu/C催化剂制备多层结构阳极,研究了不同阳极结构在重整气进料时对电池性能的影响,优化得到最佳阳极结构(内侧Pt/C、外侧PtRu/C复合阳极).与传统Pt/C...