直接NaBH<,4>/H<,2>O<,2>燃料电池的研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:yucol
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
直接NaBH4/H2O2燃料电池(Direct Borohydride/Hydrogen Peroxide Fuel Cell),作为碱性液体燃料电池一种,是将燃料(NaBH4)和氧化剂(H2O2)以溶液的形式存储起来,便于燃料电池在实际运用工作的携带。与传统的氢燃料电池相比,采用非铂金属催化剂亦有很好的催化活性。因此,直接NaBH4/H2O2燃料电池很好的解决了燃料电池中燃料的储运以及使用昂贵的催化剂的问题,具有很好的应用前景。 本文采用热压法、催化剂涂覆法膜(CCM)等多种方法制备膜电极,考察Pt/C-MnO2、LaNi5-Pt/C以及LaNi5-MnO2三种催化体系的直接NaBH4/H2O2燃料电池性能随膜电极制备工艺以及工作时的操作条件等因素对电池输出性能影响;另外,采用循环伏安(CV)扫描法研究了Pt/C和LaNi5两种催化剂在NaBH4溶液中的电化学氧化行为,并通过电化学理论分析NaBH4在氧化过程中转移电子数,得出结论可以归纳为以下几点: (1)对于Pt/C-MnO2催化直接NaBH4/H2O2燃料电池体系,采用CCM制备的膜电极,Pt和MnO2催化剂的载量分别为1.0mg/cm2和10.0mg/cm2为宜;在操作条件方面,电池输出性能随温度升高上升的幅度较大,随电解质膜的厚度增加而上升,与电解质溶液浓度(NaBH4、NaOH及H2O2)关系均为先上升后下降,最佳操作条件为:电解质膜为Nafion117,工作温度60℃,NaBH4、NaOH及H2O2浓度分别为1.0mol/L、3.0 mol/L和4.0 mol/L;在电解质溶液添加剂方面,阳极溶液中加入一定浓度的氨水(NH3.H2O)有助于NaBH4的稳定,加入微量的硫脲(CS(NH2)2)会大大的降低电池性能,且之后性能很难恢复,阴极溶液中加入酸(H3PO4、HCOOH)有助于提高电池的开路电压和输出功率密度;在扩散层选择方面,与多孔碳板和泡沫镍相比,碳纸为最佳的选择。 (2)对于LaNi5-Pt/C催化直接NaBH4/H2O2燃料电池体系,电池输出性能随温度升高而升高,但升高温度阴极H2O2分解速度加快,因此选择室温为电池工作的最佳温度;在电解质溶液方面,NaBH4、NaOH及H2O2浓度分别为2.5 mol/L、2.0 mol/L和2.0 mol/L时电池具有最佳输出功率密度;另外考察了电解质溶液的流量对性能影响,得出随着电解质流量加快,性能呈线性上升;与此同时,初步研究电池耐久性,得出性能的下降是由于燃料消耗,浓度降低引起的,而膜电极的结构和组成并没有明显的变化。 (3)对于LaNi5-MnO2催化直接NaBH4/H2O2燃料电池体系,比较了两种膜电极制备方法,得出采用CCM制备工艺膜电极性能要好;初步研究膜电极制备工艺参数,得出催化层中碳粉载量以及PTFE含量对性能影响较大,另外比较了不同碳纸处理工艺的影响,得出未经任何处理的碳纸性能最好。 (4)对于NaBH4在Pt/C电极上的电化学氧化行为研究,结果表明NaBH4在Pt/C电极上明显会出现水解氧化产氢峰和直接氧化峰,且随着NaBH4浓度的升高,峰电流的相对大小不一,随着NaBtH4浓度递增,开始阶段,水解氧化产氢峰明显高于直接氧化峰,到0.05mol/L 时二者基本持平,之后则刚好相反;从浓度与峰值电流的关系看出,基本上呈直线上升,满足电化学规律:从线性电势扫描曲线随温度变化可以看出,温度升高,电催化氧化加强,与电化学反应动力学规律一致;从扫描速度对峰值电流的影响可以看出,扫描速度的平方根(v1,2)与峰值电流(Ip)关系呈直线上升,且根据直线的斜率以及相关电化学常数计算NaBH4在Pt/C电极上的平均转移电子为3.3;与此同时,计算水解产氢氧化峰和直接氧化峰的电化学活性表面积,比较二者随NaBH4浓度变化关系,定量的给出了Pt/C在不同NaBH4浓度下的主导氧化行为;另外研究了微量添加剂硫脲对氧化行为的影响,得出结论与单电池测试结果基本吻合。 (5)对于NaBH4在LaNi5电极上的电化学氧化行为,考察了NaBH4浓度对氧化行为的影响,参考文献并分析给出了可能的电化学氧化步骤;与此同时给出了在高NaBH4浓度和高温度条件下时出现水解氧化峰可能的原因;从峰值电流(Ip)与扫描速度平方根(v1,2)的高线性相关性可以看出NaBH4在LaNi5电极上是一种典型的不可逆电子传递反应,并计算得山催化氧化过程中电化学反应的平均电子数为6.4;最后讨论了硫脲对氧化行为的影响得出硫脲有助于LaNi5催化直接氧化NaBH4,结论与Pt/C催化体系刚好相反。
其他文献
3月12日,在第42个植树节到来之际,省林草局党组书记、局长宋尚有到兰州榆中生态创新城调研工作,与兰州市政府、榆中县政府和有关方面负责同志座谈,听取生态规划和生态建设情
期刊
期刊
为支持实体经济发展,降低社会融资实际成本,中国人民银行1月6日下调金融机构存款准备金率0.5个百分点(不含财务公司、金融租赁公司和汽车金融公司).rn本次降准释放流动资金80
期刊
氮化硼(BN)是一种十分重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物,具有一系列优异的物理化学性能,比如宽带隙、热稳定性、高热导率、高介电常数、化学稳定性等,在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射
采用沉淀法制备超细ZnO粉体,通过添加表面活性剂来控制ZnO粉体的粒径分布宽、易团聚问题。结果表明:表面活性剂对ZnO粉体的晶粒尺寸和粒径分布有显著影响。聚乙二醇2000(PEG-2
本课题主要对不同体系的聚氨酯(脲)的生物性能进行了研究。通过预聚法合成了不同系列的聚氨酯(脲)弹性体。由改变加料顺序来考察聚合工艺对聚氨酯弹性体最终性能的影响:经拉伸
本文研究了聚碳酸酯(PC)/热塑性聚氨酯(TPu)共混体系的结构和性能,通过加入聚碳酸酯聚氨酯(脲)、聚己内酯、苯乙烯/丙烯腈/丁二烯共聚物(ABS)、苯乙烯/丙烯腈共聚物(SAN)等增
期刊
随着全球水资源短缺和供需矛盾的日益尖锐,如今国内外大力的推行节水农业。而控制性根系分区交替灌溉技术(APRI)作为一种有效可行的节水灌水方式,自提出以来得到了广泛的关注。但APRI这一空间亏缺和不同生育期水分亏缺这一时间亏缺相结合的节水效益研究较少,为了更好的发挥APRI的节水效益,完善干旱区域典型作物节水灌溉制度具有重要的意义。本研究以“郑丹958”作为供试作物,从2017年5月到10月在西北农
学位
如果说《阿凡达》带着3D技术改变了人们的观影习惯,让观众离荧屏背后的虚拟世界再近一点,那么今天的沉浸式体验,则彻底揭开了那块幕布,无论是星空宇宙还是远古时代,无论是凡
期刊