直接甲醇燃料电池

摘要： 发展可替代能源对缓解全球能源问题具有重要意义.直接甲醇燃料电池(DMFC)因其工作温度低、能量密度高以及低污染物排放特性正逐渐成为最有发展前景的便携式能源技术之一.目前,其商业化进程主要取决于阳极甲醇氧化反应(MOR)的动力学快慢.贵金属作为最常用的阳极催化剂得到了广泛的研究,但是其稀缺性以及易受COads中间产物中毒影响限制了其应用.考虑到以上问题,具有优异抗中毒能力的低Pt或者非Pt纳米催化剂的设计和研发变得十分重要.本文从DMFC阳极电催化原理出发,总结了过渡金属基催化剂(过渡金属−贵金属催化剂、过渡金属催化剂以及自支撑催化剂)在MOR中的研究进展.重点强调了纳米催化剂的组成成分、多孔结构、高指数面、晶体缺陷以及顶点增强效应等对其电化学性能的影响.最后,展望了过渡金属基电催化剂在DMFC中所面临的机遇和挑战.

摘要： 以Ni(Ac)_(2)·4H_(2)O和生物质材料丝瓜络为原料,通过先浸渍后热解的方法制备了低成本的镍纳米颗粒/丝瓜络衍生氮掺杂多孔碳纳米复合材料(Ni/T⁃dNPCN)。研究复合材料对甲醇的电催化性能,并讨论热解温度对复合材料结构和性能的影响。结果表明,Ni/T⁃dNPCN修饰玻碳电极(GCE)在碱性条件下对甲醇氧化反应(MOR)具有良好的电催化活性。其中,800°C煅烧得到的Ni/T⁃dNPCN_(800)/GCE对1 mol·L^(-1)甲醇具有最低的起始电位(0.344 V(vs Ag/AgCl))、最高的催化电流密度(质量活性:1902 mA·mg_(Ni)^(-1);比活性:1.61 mA·cm^(-2))和最快的动力学反应过程(Tafel斜率:50.23 mV·dec^(-1)),其催化活性约为商业化Pt/C/GCE的3.92倍。且计时电流测试表明,Ni/T⁃dNPCN_(800)/GCE具有良好的稳定性。

摘要： 采用直接接枝法,将来自对氨基苯磺酸的苯磺酸官能团引入氧化多壁碳纳米管,制得磺化多壁碳纳米管(SO_(3)-MCNT).再以SO_(3)-MCNT为填料,以Nafion离聚物为黏结剂,利用超声喷涂在商业N212质子交换膜一侧构建了新的膜层,获得了一种复合膜(SO_(3)-MCNT-N212).使用SO_(3)-MCNT-N212制备燃料电池膜电极(MEA),并用于直接甲醇燃料电池(DMFC)测试.与使用普通N212膜的膜电极相比,该膜电极的性能得到明显提升.进一步分析表明,SO_(3)-MCNT膜层的引入降低了阳极向阴极的跨膜水迁移作用,缓解了阴极的水淹,从而降低了浓差极化,提升了膜电极的性能.

摘要： 直接甲醇燃料电池(DMFCs)由于其高效、安全便捷、无环境污染等优点,有望成为替代化石能源的高效能量转化装置。Pt由于具有优异的物理化学特性,使得其成为DMFCs最优异的阳极催化剂之一,然而由于其价格高且易被毒化等原因,在很大程度上限制了DMFCs的发展。因此,为了更好地推动DMFCs商业化发展,迫切需要开发出一种新型的阳极催化剂。基于此,如何开发出一种高活性和高稳定性的Pt基催化剂成为当前DMFCs领域研究的热点之一。本文首先阐述了DMFCs反应机理,其次详细讨论了Pt基二元合金催化剂、三元合金催化剂和高熵合金催化剂的研究进展,并总结了不同因素对甲醇氧化反应催化性能的影响,最后对甲醇燃料电池Pt基催化剂的未来发展趋势进行了展望。

摘要： 采用水热法制备出Te纳米线,并使用其作为模板通过置换反应合成PtPd纳米线。运用扫描电子显微镜对所制备得到的材料形貌进行表征。利用循环伏安法和计时电流法研究了PtPd纳米线在碱性条件下对甲醇溶液的电催化氧化性能。与Pt、Pd纳米线进行对比,PtPd纳米线对甲醇的氧化有更高的电催化活性和持久的稳定性,当甲醇浓度为1.0 mol/L时,其氧化峰电流值可达42.09 mA。

摘要： 气体扩散层(GDL)是燃料电池(FCs)膜电极组件(MEA)的重要组成部分,起到支撑催化层、收集电流、对物料进行传输及再分配的作用.传统的扩散层一般以炭纸或炭布为基底,但炭纸价格昂贵、缺乏柔韧性、孔结构单一,为了更好地进行气液相管理,需再涂覆上一层微孔层(MPL).本文以炭纤维(CF)为骨架,复合多壁碳纳米管(MW-CNT),并添加一定量的聚四氟乙烯(PTFE)作为粘结剂和憎水剂,通过减压抽滤成型法一步制成新型一体式气体扩散层(GDL/CNT-CF).扫描电子显微镜(SEM)结合导电性、气体渗透性及孔隙率等表征表明,一体式扩散层中高导电性的碳纳米管在炭纤维中呈梯度分布,亦利于电子传输,形成的多级孔隙结构,亦利于物料分配,均匀分布的PTFE有助于水分排除,从而取代了由炭纸和微孔层构成的传统扩散层.将其应用于直接甲醇燃料电池(DMFC)的阴极或同时作为阴阳极扩散层时,具有优异的传质性能,单电池的最大功率密度相比商品扩散层分别提高了20％ 和35％.

摘要： 直接甲醇燃料电池(DMFC)因其具有能量密度高、绿色环保和体积轻便等优势得到广泛关注,其中阳极催化剂活性是决定燃料电池性能、寿命的关键因素。近年来,研究者围绕提高阳极催化剂性能和降低催化剂成本这两个方面展开研究,推动了DMFC的蓬勃发展。本文介绍了电催化剂的催化机理及其分类,详细综述了贵金属催化剂和非贵金属催化剂的合成方法,结合当前研究进展对甲醇电催化剂未来的发展趋势进行展望。

摘要： 通过水热法和沉淀法两种方法制备出了泡沫镍@氮掺杂碳/二氧化锰一体化电极(泡沫镍@NC/M nO2),使用XRD、XPS、SEM对材料的组成及微观形貌进行了分析.对比了两种方法制备的泡沫镍@NC/M nO2作为直接甲醇燃料电池(DM FC)阴极、PtRu/C作为阳极催化剂、聚合物纤维膜作为电解质膜的单电池的放电性能.室温性能测试表明,两种方法制备的一体化电极的放电性能比较接近,在10 m A·cm-2电流密度下可以稳定放电18 h,没有明显的衰减.在60°C高温测试中,采用沉淀法得到的泡沫镍@NC/M nO2一体化电极组装电池,其最大功率密度为9.14 mW·cm-2,而采用水热法得到的泡沫镍@NC/MnO2一体化电极组装电池,其最大功率密度为16.67 mW·cm-2.水热法得到的泡沫镍@NC/MnO2电极具有更好的氧还原催化性能,其主要原因是水热合成在缺氧条件下完成,使得制备的催化剂中含有较多的氧空位,可以加速氧气的吸附以及电荷传输.

摘要： 通过水热法和沉淀法两种方法制备出了泡沫镍@氮掺杂碳/二氧化锰一体化电极(泡沫镍@NC/MnO_(2)),使用XRD、XPS、SEM对材料的组成及微观形貌进行了分析.对比了两种方法制备的泡沫镍@NC/MnO_(2)作为直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极、PtRu/C作为阳极催化剂、聚合物纤维膜作为电解质膜的单电池的放电性能.室温性能测试表明,两种方法制备的一体化电极的放电性能比较接近,在10 mA·cm^(-2)电流密度下可以稳定放电18 h,没有明显的衰减.在60°C高温测试中,采用沉淀法得到的泡沫镍@NC/MnO2一体化电极组装电池,其最大功率密度为9.14 mW·cm^(-2),而采用水热法得到的泡沫镍@NC/MnO_(2)一体化电极组装电池,其最大功率密度为16.67 mW·cm^(-2).水热法得到的泡沫镍@NC/MnO2电极具有更好的氧还原催化性能,其主要原因是水热合成在缺氧条件下完成,使得制备的催化剂中含有较多的氧空位,可以加速氧气的吸附以及电荷传输.

摘要： 直接甲醇燃料电池由于其高效的能量转化效率、清洁环保、体积小、重量轻、可低温快速启动等优点,在未来将得到广泛应用.介绍了直接甲醇燃料电池工作原理及核心部件的相关研究进展,包括阳极催化剂、阴极催化剂和膜电极工艺.阐述了电极催化剂的工作原理,并按负载的活性金属组分的不同,对电极催化剂进行分类总结.阳极贵金属基催化剂中,Pt分别与Ru、Co、Fe、Ni的合金催化剂表现出比纯Pt催化剂更优越的性能.阴极贵金属基催化剂中,Pt-Fe体系催化效果较好.研究分析表明,贵金属基合金纳米结构均匀分散与载体上,产生更高的电化学活性表面积和更低的电荷转移电阻,催化剂稳定性与催化活性较大提高.非贵金属基催化剂则是以氧化物及过渡金属为代表取代Pt,展现较好性能,但还存在催化效率不足的问题.膜电极工艺流程较为成熟固定,活化工艺及质子交换膜有待深入研究.

摘要： 催化剂的催化活性低、稳定性差阻碍了直接甲醇燃料电池的商业化.本文综述铂基和非铂基两种催化剂,铂基催化剂具有高效率,但成本较高,稳定性较低;而非铂基催化剂(如金属钯)成本低,稳定性极佳,是替代铂基催化剂的工作方向.

摘要： 本文建立了基于阴离子交换膜(AEM)的直接甲醇燃料电池(DMFC)的一维两相流恒温解析模型,以研究不同工况下AEM-DMFC中的质量传输和电化学现象.本模型研究了甲醇进口浓度的变化对AEM-DMFC性能的影响,并分析了CO2对阳极扩散层(ADL)和催化层(ACL)孔隙率的影响和不同浓度下甲醇渗透量的大小和电池开路电压的变化.研究结果表明,甲醇进口浓度越大,渗透越严重,开路电压越低.甲醇进口浓度较低时,输出电压在高电流密度区域会急剧降低.CO2的存在会导致ADL和ACL有效孔隙率降低.

摘要： 利用直接甲醇燃料电池瞬态二维两相传输模型研究了电流阶跃变化和阳极通道气体堵塞时电池电压以及组分传输的动态响应规律。研究发现：电流密度突降时，电池电压出现过脉冲现象，这是由阴阳极过电势的响应趋势和响应速度不同造成的。电压长时间响应是由膜电极内甲醇缓慢的传输过程引起的。当阳极通道突然气体堵塞时，电池能够正常运行一段时间，原因是扩散层的孔隙中储存有一定量的甲醇。但若气泡停留时间过长，电池电压必然下降。

摘要： 本文采用热分解法成功的制备了具有单分散性的Ni掺杂CeO2纳米颗粒,Ni掺杂CeO2纳米颗粒作为助催化剂有效的提高了Pt/C催化剂的催化活性和稳定性。文章利用XRD、TEM等物理表征手段对催化剂的组成和结构进行了研究,并通过CV、CA等电化学手段对制备的Pt-CeO2Ni/C催化剂进行了甲醇氧化催化活性的表征,实验结果表明:Ni掺杂CeO2纳米颗粒的加入有效的提高了Pt/C催化剂对甲醇的氧化活性和稳定性。

摘要： 以活性碳作为阴阳极流道板上触媒,以不同比例加入于PDMS(Polydimethylsiloxane)作为流道板的基材,并以不锈钢作为双极板的基材,在不同的甲醇燃料进料温度下进行其效能的量测.实验得知,甲醇燃料进料温度升高对效能提升有帮助,因甲醇随着温度增高,活性会跟着大增,有助于氧化反应.使用未添加活性碳触媒的PDMS流道板其最大功率密度可达到10.402mW·cm-2为最佳.于PDMS流道中加入触媒后,使用不锈钢材质的双极板其最大功率密度可达21.734mW·cm-2.与未加触媒前相较之下,功率密度有较大幅度的提升。如此看来,PDMS流道板中加入触媒能有效的提升直接甲醇燃料电池的发电效能.

摘要： 本研究主要的研究目的为整合微机电制程，用以设计与制作适合直接甲醇燃料电池的圆盘状轻量化集电片。研究中所使用的微机电制程为热蒸镀法,进行圆盘状轻量化单电池与电池组之集电板的开发与制作。文中并探讨九种金属薄膜厚度对於直接甲醇燃料电池的效能影响，研究成果未来可应用至携带式电子产品上。

摘要： 本研究主要的研究目的为开发一款气致动式微帮浦，并探讨不同液体燃料流量运用至直接甲醇燃料电池的效能影响，再进一步地制作出一款具微帮浦之可携式直接甲醇燃料电池充电系统。研究成果显示使用气致动式之直接甲醇燃料电池组连接至升压晶片後，其开路电压由4.5V 降至2.8V~3V之间，其输出端为稳定的5V电压，输出电流介於103mA~107mA。

摘要： 本研究主要的研究目的为开发一款气致动式微帮浦,并探讨不同液体燃料流量运用至直接甲醇燃料电池的效能影响,再进一步地制作出一款具微帮浦之可携式直接甲醇燃料电池充电系统.研究成果显示使用气致动式之直接甲醇燃料电池组连接至升压晶片后,其开路电压由4.5V降至2.8V～3V之间,其输出端为稳定的5V电压,输出电流介于103mA～107mA.

摘要： 本研究主要的研究目的为整合微机电制程,用以设计与制作适合直接甲醇燃料电池的圆盘状轻量化集电片.研究中所使用的微机电制程为热蒸镀法,进行圆盘状轻量化单电池与电池组之集电板的开发与制作.文中并探讨九种金属薄膜厚度对于直接甲醇燃料电池的效能影响,研究成果未来可应用至携带式电子产品上.

摘要： 被动式直接甲醇燃料电池不使用动力泵供料，完全摒弃了外置的甲醇蠕动泵和空气泵等辅助设施，具有独特的吸引力。本文考察了温度和倾角对被动式直接甲醇燃料电池性能的影响。研究结果发现：（1）从45°C到82°C的范围内，不管是稳态条件下还是动态条件下都是电池工作温度越高，性能变得越差。（2）气泡的脱离环境在不同倾角下呈现出巨大的差异，电池阳极朝上会具有更好的性能。（3）倾角变化对电池放电性能的影响在传质条件比较恶劣的情况下会表现的相对明显一些，无论那种情况下，角度的影响都不应该被忽略。

摘要： 本发明提供一种用于直接甲醇燃料电池的催化剂的制备方法，包括以下步骤：a）将碳基材与高锰酸钾在水中进行氧化还原反应，得到碳基催化剂载体；b）将所述步骤a）得到的碳基催化剂载体和活性物质前驱体混合，反应后得到用于直接甲醇燃料电池的催化剂。本发明提供的方法以碳基材和高锰酸钾为原料，将其在水中进行一锅反应即可得到碳基催化剂载体；而且得到碳基催化剂载体后，本发明无需对其进行复杂的后处理，直接在其上沉积活性物质后即可得到用于直接甲醇燃料电池的催化剂。本发明提供的方法简单，易于操作，利于进行大规模工业生产；而且得到的催化剂具有较高的抗CO毒性和能力，对甲醇具有较好的催化活性。

摘要： 本发明是一种积层整合式直接甲醇燃料电池的制造方法及直接甲醇燃料电池，该方法包括下列步骤：使用印刷电路板的材料材质，制作成型出流道槽/溶液槽层；制作传质电解质层；利用印刷电路板的制程，制作控制电路层；将分别所制作出来的流道槽/溶液槽层、传质电解质层、以及控制电路层等各层，接合成积层整合式直接甲醇燃料电池。该直接甲醇燃料电池包括一流道槽/溶液槽层，是使用印刷电路板的材料材质而制作成型；一传质电解质层；一控制电路层，是利用印刷电路板的制程而制作出，其中个别的该流道槽/溶液槽层、该传质电解质层、以及该控制电路层等各层能够分别制作出来，再将各层接合成该积层整合式直接甲醇燃料电池。

摘要： 本发明公开了一种实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，包括电池壳体，固定在所述电池壳体上将所述内腔分割为甲醇燃料腔和蒸汽腔的渗透汽化膜，所述蒸汽腔的上方由下至上依次层叠设置有阳极流场板、膜电极、阴极流场板，所述电池壳体的开口端绝缘地设置有压覆在阴极集电板上的空心盖板，所述阳极流场板与膜电极的阳极侧之间设置有具有亲水性质的亲水多孔板，所述膜电极的阴极侧与阴极流场板之间设置有具有疏水性质的疏水多孔板。本发明既保证甲醇的持续汽化供料，又能在促进阴极水反补到阳极参与反应的同时，抑制甲醇穿透，保证电池输出性能的前提下，有效提高电池能量密度，实现电池高浓度甲醇甚至纯甲醇供料，大幅延长电池的工作时间。

摘要： 本发明公开了一种直接甲醇燃料电池阴极双层催化层及其制备工艺和直接甲醇燃料电池膜电极，通过Pt/C催化剂制成Pt/C催化层，通过Pt/CeO2‑C催化剂支撑Pt/CeO2‑C催化层。Pt/CeO2‑C催化层贴近质子交换膜的阴极，Pt/C催化层贴近气体扩散层，从而形成阴极双层催化层。由Pt/C催化层、Pt/CeO2‑C催化层、气体扩散层、质子交换膜、阳极催化层和阳极扩散层制得直接甲醇燃料电池膜电极。通过上述方式，本发明直接甲醇燃料电池阴极双层催化层及其制备工艺和直接甲醇燃料电池膜电极，能够通过阴极双层催化层提高DMFC在工作电压下的耐久性，提高DMFC输出性能，制备工艺简单可靠。

摘要： 本发明涉及由化学燃料发电和燃料电池的领域，并且更具体地涉及用于制造被动式直接甲醇燃料电池的方法以及被动式直接甲醇燃料电池。根据本发明的被动式直接甲醇燃料电池(21，22，23)具有膜电极组件结构(8，12，16，27)，它包括质子交换膜(9，13，17，24，26)，通过超声波焊接附着到所述质子交换膜(9，13，7，24，26)两侧的集流体网格(10，14，15，18，19)，和施加到所述结构之上和之内的催化剂涂层(11，20)。根据本发明的直接甲醇型燃料电池相比于根据现有技术的直接甲醇燃料电池，在尺寸体积和重量上非常紧凑，显著节约了制造成本。

摘要： 本发明提供一种直接甲醇燃料电池的膜电极复合体及其制备方法和直接甲醇燃料电池。上述直接甲醇燃料电池的膜电极复合体，包括依次设置的阳极复合膜层、液体电解质层和阴极复合膜层；阳极复合膜层包括依次设置的：阳极扩散层、阳极催化层和阳极质子交换膜；液体电解质层包括：多孔材料和吸附于多孔材料上的液体电解质；阴极复合膜层包括依次设置的：阴极扩散层、阴极催化层和阴极质子交换膜。采用本发明提供的直接甲醇燃料电池的膜电极复合体具有较低的甲醇渗透速率和较高的质子电导率，其能适应较高的甲醇浓度，进而为甲醇燃料电池带来更高的能量密度，同时提高燃料利用率。

摘要： 本发明提供一种用于直接甲醇燃料电池的催化剂的制备方法，包括以下步骤：a）将碳基材与高锰酸钾在水中进行氧化还原反应，得到碳基催化剂载体；b）将所述步骤a）得到的碳基催化剂载体和活性物质前驱体混合，反应后得到用于直接甲醇燃料电池的催化剂。本发明提供的方法以碳基材和高锰酸钾为原料，将其在水中进行一锅反应即可得到碳基催化剂载体；而且得到碳基催化剂载体后，本发明无需对其进行复杂的后处理，直接在其上沉积活性物质后即可得到用于直接甲醇燃料电池的催化剂。本发明提供的方法简单，易于操作，利于进行大规模工业生产；而且得到的催化剂具有较高的抗CO毒性和能力，对甲醇具有较好的催化活性。

摘要： 本发明是一种积层整合式直接甲醇燃料电池的制造方法及直接甲醇燃料电池，该方法包括下列步骤：使用印刷电路板的材料材质，制作成型出流道槽/溶液槽层；制作质传电解质层；利用印刷电路板的制程，制作控制电路层；将分别所制作出来的流道槽/溶液槽层、质传电解质层、以及控制电路层等各层，接合成积层整合式直接甲醇燃料电池。该直接甲醇燃料电池包括一流道槽/溶液槽层，系使用印刷电路板的材料材质而制作成型；一质传电解质层；一控制电路层，系利用印刷电路板的制程而制作出，其中个别的该流道槽/溶液槽层、该质传电解质层、以及该控制电路层等各层能够分别制作出来，再将各层接合成该积层整合式直接甲醇燃料电池。

摘要： 本实用新型提供了一种直接甲醇燃料电池的阴极，包括气体扩散层、第一催化剂层和第二催化剂层。其中，气体扩散层包括碳纤维基底和碳粉末涂层；第一催化剂层涂抹于所述气体扩散层上，第一催化剂层的催化剂为Pt/C催化剂；第二催化剂层涂抹于所述第一催化剂层上，第二催化剂层的催化剂为100％Pt催化剂。本实用新型的直接甲醇燃料电池由于在阴极引入了具有梯度的双催化剂层结构，在显著提升水管理性能的同时，催化剂利用率也相当高，因此相对于现有技术的单催化剂层阴极具有十分显著的性能优势。

摘要： 本实用新型公开了一种实现直接甲醇燃料电池纯甲醇供料的燃料电池，包括电池壳体，固定在所述电池壳体上将所述内腔分割为甲醇燃料腔和蒸汽腔的渗透汽化膜，所述蒸汽腔的上方由下至上依次层叠设置有阳极流场板、膜电极、阴极流场板，所述电池壳体的开口端绝缘地设置有压覆在阴极集电板上的空心盖板，所述阳极流场板与膜电极的阳极侧之间设置有具有亲水性质的亲水多孔板，所述膜电极的阴极侧与阴极流场板之间设置有具有疏水性质的疏水多孔板。本实用新型既保证甲醇的持续汽化供料，又能在促进阴极水反补到阳极参与反应的同时，抑制甲醇穿透，保证电池输出性能的前提下，有效提高电池能量密度，实现电池高浓度甲醇甚至纯甲醇供料，大幅延长电池的工作时间。