等离子喷涂-物理气相沉积制备7YSZ纳米结构固体氧化物燃料电池电解质层

氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）因其高热稳定性和良好的氧离子电导率被广泛地作为电解质材料应用于固体氧化物燃料电池（SOFC）。常规的平面SOFC电解质制备技术,如带式流延或丝网印刷,需要在1300℃以上的温度下进行烧结,因此采用传统制备技术获得纳米结构电解质层是一个挑战。等离子喷涂-物理气相沉积（PS-PVD）作为一种新技术由于可以实现气相沉积可以提供快速、低成本的方法来制备纳米致密结构电解质层,可避免传统技术在长时间高温烧结引起的材料晶体结构变化以及相邻电极材料间的化学反应。PS-PVD技术具有与传统大气等离子喷涂（APS）完全不同的沉积机制。本研究采用该技术成功地制备了致密的纳米结构7YSZ薄电解质层。当电解质层厚度为8.7～12.3 μm时,其泄露率为2.24～2.29 10-8 cm4gf-1s-1.     

Ni添加对直接乙醇燃料电池Pt基催化剂催化性能的影响

本文通过水热法制备出孔径分布范围3.1~4.2nm,比表面积为174.72m₂/g的CeO₂作为助催化剂,以碳纳米管为载体,采用微波辅助乙二醇法制备PtNiCeO₂/C催化剂,探究Ni添加对Pt基催化剂电催化性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、比表面积及孔径分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)和电子能谱(EDAX)对所制备的CeO₂及催化剂进行微观表征,利用电化学工作站对所制备的催化剂进行电化学性能测试。结果表明,添加CeO₂且催化剂中Pt与Ni的比例为5:1时,制备的催化剂电催化性能最优,其电化学活性表面积为90.41m₂/g,对乙醇催化氧化的峰电流密度值为837.67A/g,1100s的稳态电流密度值为178.33A/g,说明添加一定量的Ni,可提高催化剂的抗中毒能力和电催化性能。     

Pdx-Co/C催化甲酸的电氧化性能研究

以活性碳(Vulcan XC-72)为载体,用化学还原法制备了不同Pd/Co摩尔比的Pdx-Co/C催化剂。用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)及X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征,采用循环伏安法考察了催化剂对甲酸电氧化反应的催化性能。结果表明,Pdx-Co复合催化剂粒子均匀分散在碳载体表面;催化剂中掺入的少量Co元素部分进入Pd晶格,形成了Pd-Co合金;随着Pd/Co摩尔比的增加,Pd颗粒粒径先增大后减小,催化活性也表现出相同的变化趋势;当Pd:Co=8:1时,所得Pd8-Co/C对甲酸氧化的催化活性最高,峰电流密度可达到15.907 mA/cm²。     

PtPb/ C 催化剂的制备及其对甲酸电氧化的催化性能

目的通过Pb元素的添加来提高Pt/C催化剂电催化氧化甲酸的性能。方法通过乙二醇协助硼氢化钠还原法,以氯铂酸为Pt源和硝酸铅为Pb源制备不同原子比的PtxPb/C催化剂。采用X射线衍射光谱法(XRD)和透射电子显微镜技术(TEM)表征样品的晶体结构和颗粒形貌;采用循环伏安法表征样品催化氧化甲酸的性能。结果利用乙二醇协助硼氢化钠还原法成功制得了Pt和Pb原子比不同的PtxPb/C催化剂,XRD和TEM测试结果表明这些样品均为Pt的面心立方结构,且颗粒大小均一、分散均匀,其平均粒径为4 nm左右。循环伏安测试结果表明PtxPb/C催化剂催化氧化甲酸的性能优于商业Pt/C催化剂的催化性能,且受Pt和Pb原子比的影响,当原子比为5∶1时,其对氧化甲酸的催化性能最好,峰电位对应的Pt的比质量活性达到2000 m A/(mg Pt),远远高于商业Pt/C,同时计时电流曲线表明其具备良好的稳定性。结论 Pb原子的加入影响了Pt原子的电子结构,与Pb对Pt的协同作用共同促进了CO等中间产物在Pt表面的快速氧化,降低了催化氧化甲酸的初始电位,促使甲酸在低电位直接氧化为CO2和H2O,提高了其催化氧化甲酸的峰电流,有效减轻了Pt中毒,提高了其催化活性。     

PEMFC燃料电池三级电堆的装配分析

以提高PEMFC燃料电池电堆性能为目的,研究了电堆组装过程中加载方式和载荷对电堆接触电阻及电堆性能的影响。利用有限元分析软件ANSYS Workbench对三级电堆的装配过程进行有限元分析。分析了几种不同大小的载荷及不同的加载方式的装配对电堆性能的影响,对比了这几种情况下燃料电池堆的核心部件膜电极(MEA)组件的变形情况及应力分布情况,得出电堆的最佳装配载荷。该结果可为燃料电池电堆的装配提供较好的参考依据。     

燃料电池堆力学结构研究与端板设计优化

针对燃料电池堆端板装配过程中易发生变形的现象,以ANSYS软件为工具建立了电堆的三维有限元模型,研究了端板在采用不同材料、结构和功能设计时的变形分布和应力分布。结果表明,通过选择合适的端板材料、优化端部结构、控制预紧力分配以及整合端部功能,可以有效地减小电堆的装配变形,改善密封效果以及提高比功率密度等性能指标。通过实测电堆的节电压分布验证了端板设计的合理性。     

双氧水对自呼吸式燃料电池性能的影响

将双氧水加入到阳极燃料甲醇溶液中来研究其对DMFC性能的影响。双氧水作为阳极助氧化剂将甲醇催化氧化产生的中间体CO氧化成气体CO2排出,从而减少中间体在催化层表面的吸附,增强催化剂的催化性能,从而提高电池的输出性能。通过探讨不同双氧水浓度和不同温度情况下,甲醇催化氧化的氧化峰电流密度及自呼吸式燃料电池的极限功率密度,阻抗等性能来分析双氧水在其中的作用。结果表明低浓度的双氧水确实能提高DMFC的输出性能,并且在双氧水的浓度为0.05 mol/L,温度为55℃时DMFC性能最佳。     

空冷型质子交换膜燃料电池实验研究

对实验室自制的空冷型质子交换膜燃料电池(PEMFC)在不同工况时的稳定性、负载阶跃响应、单体电池电压分布以及表面温度分布开展了实验研究。实验结果表明:定期阳极排气可维持空冷型PEMFC长时间稳定运行;大负载条件下,单体电池电压分布均匀性降低,呈现两边高、中间低的现象;电池组温度分布与单体电池电压分布具有一致性。该工作对于空冷型PEMFC性能研究以及燃料电池系统效率提升具有一定的指导和参考价值。     

基于AMESim的燃料电池系统低温起动仿真

当前燃料电池汽车受到越来越多的关注,而燃料电池汽车商业化前还有很多问题亟需解决,其中燃料电池系统低温起动便是一个重点难题。使用AMESim软件建立了一个燃料电池一维系统模型,针对燃料电池系统恒电压和恒电流低温起动过程进行了研究。研究发现,较低的起动电压和较高的起动电流更有利于低温起动过程,且恒电压起动比恒电流起动更具优势。     

直接甲醇燃料电池及系统模型研究进展

对直接甲醇燃料电池(DMFC)进行数学模拟,有利于进一步了解电池内部的物理化学过程,为优化电池结构,确定最优操作条件提供参考依据。综述了近几年DMFC数学模型的研究进展,介绍了DMFC的一维、二维和三维单电池模型,电池组和系统的模型,并分析了直接甲醇燃料电池建模的发展方向。