导读:本文包含了直接氧化型燃料电池论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:直接甲醇燃料电池,阳极Pt基催化剂,氧化锡锑载体,等离子体增强化学气相沉积
直接氧化型燃料电池论文文献综述
杨东辉[1]（2018）在《直接甲醇燃料电池阳极Pt基催化剂氧化锡锑载体改性研究》一文中研究指出直接甲醇燃料电池(DMFC)是一种将化学能直接转化成电能高效、环保的能量转换装置,在新能源汽车的动力电池等领域有较好的应用前景。目前,作为唯一商业化Pt/C催化剂的催化活性不高、稳定性不好,阻碍了其进一步推广应用。某些金属氧化物具有比碳材料更强的酸稳定性和机械强度,且在一定程度上与Pt存在着强的金属-载体间的相互作用(SMSI),被认为是碳材料的有利替代者。然而金属氧化物的电化学导电性不好,这对催化剂性能的影响较大,因此需要对其进行改性后用作催化剂的载体材料。本文通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法制备了碳包覆氧化锡锑(ATO)载体材料,并通过微波辅助乙二醇法制备了Pt基催化剂。采用PECVD法制备碳包覆的氧化锡锑载体ATO-C,并用其制备了催化剂Pt/ATO-C。用XRD和EDX研究了Pt/ATO-C的晶体结构和元素组成,结果显示催化剂中存在面心立方结构的Pt和锡石相的Sn O2,并且在催化剂中存在碳元素;用XPS研究了Pt/ATO-C的表面元素组成和状态,其结果显示Pt和ATO之间存在金属-载体相互作用。HRTEM结果显示Pt/ATO-C中存在晶格间距为0.221 nm的Pt(111)晶面和晶格间距为0.331 nm的Sn O2(110)晶面,在ATO颗粒表面包覆了一层无定型碳,铂颗粒均匀地沉积在碳和ATO的界面处。对反应时间、反应温度以及反应物浓度叁个要素进行了工艺优化以提高铂的分散性。电化学测试显示在400℃下通入乙炔和氩气的量分别都为10 sccm,反应90 min时制得的载体材料在载铂后的催化剂的甲醇氧化反应(MOR)催化活性最好,达到了商业Pt/C的2倍,其稳定性也要优于商业Pt/C,并且制得的催化剂的MOR活性和稳定性都要高于ATO直接载Pt制得的催化剂的性能。在ATO-C载体中引入杂元素N探究其对催化剂性能的影响,先用ATO与尿素物理混合然后在真空中烧结的方法引入N元素,再用PECVD法包覆碳,探究了反应时间对催化剂性能的影响。XPS结果显示ATO-N-C中N有两种掺杂的方式,分别是取代了Sn O2的氧离子和进入Sn O2的间隙。相比于Pt/ATO-C,Pt/ATON-C的Pt和载体之间的相互作用更强。电化学测试显示,在90 min反应时间下催化剂的甲醇氧化反应活性最好,并且其稳定性和抗毒化能力最强。与Pt/ATO-C对比,Pt/ATO-N-C的稳定性和抗毒化能力有很大提升。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2018-06-01）
肖雪[2]（2018）在《直接过氧化氢燃料电池（Fe、Ni、Co）基催化电极的制备及性能研究》一文中研究指出直接过氧化氢燃料电池(DPPFC)是一种以H_2O_2作为燃料和氧化剂的新型液态燃料电池,使得DPPFC可于无氧环境下工作(作为空间和水下电源)。本论文针对直接过氧化氢燃料电池的催化电极开展研究,设计制备了一系列催化电极,分别研究了其催化H_2O_2在酸中电还原(阴极反应)和碱中电氧化(阳极反应)的活性和稳定性,考察了其构成的DPPFC的性能。利用简单的无模板法制备出了泡沫镍(Ni-foam)支撑的钴酸镍(NiCo_2O_4)纳米电极,研究了NiCo_2O_4/Ni-foam电极的电催化性能。XRD等表征结果表明,NiCo_2O_4/Ni-foam电极为具有尖晶石结构的纳米线阵列结构,单根纳米线粗细均匀,长度约为800~900 nm,直径约为50~100 nm,由许多直径约为10~15 nm的纳米颗粒组成,并且在纳米线上存在大量平均粒径约为2~7 nm的不规则孔。所制备的多孔NiCo_2O_4/Ni-foam电极对H_2O_2电还原和电氧化反应都具有较高的催化活性和良好的稳定性。在3.0 mol?L~(-1)KOH+0.4 mol?L~(-1)H_2O_2溶液中,-0.4 V时的还原电流密度为190 mA?cm~(-2),远大于NiCo_2O_4粉末涂覆电极所能达到的79 mA?cm~(-2),在0.3 V时的氧化电流密度达到462 mA?cm~(-2)。以NiCo_2O_4/Ni-foam为阳极和以Pd/CFC为阴极组装成双室DPPFC,20℃电池的开路电位可达0.86 V,最大输出功率为20.1 mW?cm~(-2),高于文献报道的数值(14 mW?cm~(-2))。利用共沉淀法制备出了二元普鲁士蓝类铁氰化镍铁(NiFeHCF)纳米粒子催化剂,再将纳米粒子涂覆在碳布表面制备出了NiFeHCF/CFC纳米电极,TEM和XRD等测试分析表明,制备的NiFeHCF颗粒具有结晶度较好的面心立方结构,平均粒径为2.57 nm,多孔且均匀地分布在碳布基体的表面上。电化学分析表明,多孔NiFeHCF/CFC电极表现出优异的催化性能和良好的稳定性能。在0.1 V电位下,电极催化过氧化氢电还原的电流密度为115 mA?cm~(-2),高于文献报道的纳米Au电极的电流密度(40 mA?cm~(-2))。以多孔NiFeHCF(n_(Fe):n_(Ni)=1:1,7 mg?cm~(-2))/CFC电极作为阴极和以Ni/Ni-foam作为阳极组装成的双室DPPFC,20℃下电池的开路电压高达1.09 V,最大功率密度达到36 mW?cm~(-2),是以Pd/CFC电极为阴阳极的电池性能(14.3 mW?cm~(-2))的2.5倍。在40℃下,DPPFC的峰值功率密度达到了63 mW?cm~(-2),这一结果表明,NiFeHCF纳米电极由于其成本低,合成方法简单,是一种可替代贵金属的有研究和发展前景的催化剂。利用共沉淀法制备出了碳布负载的二元普鲁士蓝类铁氰化镍钴催化剂的电极(NiCoHCF/CFC),经过SEM等表征分析得出制备的纳米NiCoHCF颗粒平均粒径为2.44nm,比表面积达到22.1 m~2?g~(-1),具有结晶度较好的面心立方结构。利用循环扫描伏安法、线性扫描伏安法和计时电流法分别研究了NiCoHCF/CFC电极对H_2O_2电还原的催化性能,研究表明所制备的纳米催化剂NiCoHCF(n_(Ni):n_(Co)=1:1,6 mg?cm~(-2))/CFC对H_2O_2电还原具有较高的电化学活性和良好的稳定性。电极在-0.2 V下的还原电流密度达到200mA?cm~(-2)。以NiCoHCF(n _(Ni):n_(Co)=1:1,6 mg?cm~(-2))/CFC电极作为阴极和以Ni/Ni-foam作为阳极组装成的双室DPPFC,在20℃下电池的开路电压高达1.07 V,最大功率密度达到43 mW?cm~(-2)。通过共沉淀法制备出了碳布负载的叁元普鲁士蓝类铁氰化铁镍钴催化剂的电极(FeNiCoHCF/CFC)。通过SEM和XRD等分析发现,当n_(Fe):n_(Ni):n_(Co)=1:1:1、2:1:1、1:2:1和1:1:2时,FeNiCoHCF的平均粒径分别为15.05 nm、10.39 nm、12.8 nm和16.62 nm,都具有结晶度较好的面心立方结构。利用循环扫描伏安法、线性扫描伏安法和计时电流法对Fe、Ni、Co的相对含量与催化过氧化氢电还原的电化学性能之间的关系进行了研究,发现随着Ni在催化剂中的质量百分含量的增加,催化电极对过氧化氢电还原反应的催化活性提高,FeNiCoHCF(n _(Fe):n_(Ni):n_(Co)=1:2:1,6 mg?cm~(-2))/CFC电极具有最优的催化过氧化氢电还原活性,当电极电势为-0.2V时,还原电流密度为209 mA?cm~(-2)。以Ni/Ni-foam为阳极和以多孔FeNiCoHCF(n_(Fe):n_(Ni):n_(Co)=1:2:1,6 mg?cm~(-2))/CFC电极为阴极组装成的双室DPPFC,在20℃电池的开路电压达1.06 V,峰值功率密度达到了43.4 mW?cm~(-2),对应的电流密度为100.4 mA?cm~(-2),电池电压为0.42 V。使用普鲁士蓝类FeNiCoHCF/CFC电极有助于降低DPPFC燃料电池的成本,并提高其性能。(本文来源于《哈尔滨工程大学》期刊2018-04-12）
何旭岩[3]（2017）在《直接乙醇燃料电池钯基阳极催化剂的制备及电氧化性能研究》一文中研究指出直接乙醇燃料电池(DEFC)具有能量密度高、能量转换效率高、绿色无污染和可持续再生等优点,拥有广阔的应用前景。然而,催化剂活性不足及成本较高阻碍了 DEFC的商业化。因此,制备出催化活性高、价格低廉的催化剂是实现DEFC商业化的关键。本课题从催化剂组成和结构两个方面入手开展研究:在催化剂元素方面,引入了储量丰富、助催化性能优越的Ni作为Pd催化剂的助催化金属,提高催化剂的催化活性;在催化剂结构方面,构建中空多孔结构用来增加催化剂的电化学活性面积。最终通过模板法和电化学置换法合成了具有不同Pd/Ni比例的中空多孔H-PdNi催化剂,并详细研究了 H-PdNi催化剂对乙醇的电催化活性。在成功合成H-PdNi催化剂的基础上,为了改进催化剂活性,以Ti02微球为载体,利用电化学置换和原位还原相结合的方法,成功制备了双壳层PdNi/Ti02催化剂。对制得的H-PdNi和PdNi/TiO2催化剂进行了扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱分析(EDX)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等一系列表征,并利用循环伏安法(CV)和计时电流法(CP)研究催化剂的活性和抗中毒能力。主要研究成果如下:(1)通过模板法和电化学置换相结合的方法,以Si02为模板成功合成了具有中空多孔结构的H-PdNi催化剂。控制Pd前驱体的量,制备了不同Pd/Ni比例的中空多孔H-PdNi催化剂。在碱性乙醇溶液中,通过循环伏安法(CV)和计时电流法(CP)表征中空多孔H-PdNi催化剂电催化性能,并与商用Pd/C(JM)催化剂进行比较。实验数据表明,H-PdNi催化剂对乙醇氧化反应(EOR)的活性高于商用Pd/C(JM)催化剂。在所有的H-PdNi催化剂中,H-PdNi3.1催化剂的峰电流密度约为Pd/C(JM)催化剂的4倍,具有良好的应用前景。(2)在成功制备中空多孔H-PdNi催化剂制备的基础上,为了改进PdNi催化剂的抗中毒能力,以Ti02为载体合成了核壳结构的PdNi/TiO2催化剂。首先以Au纳米粒子为种子,通过种子生长法制备Ni纳米粒子,然后通过电化学置换和原位还原相结合的方法在Ni纳米粒子表面成长Pd,最终形成PdNi/Ti02催化剂。通过CV和CP表征PdNi/TiO2对EOR的电催化性能。扫描结果表明,PdNi/TiO2催化剂对EOR的催化活性和稳定性均高于Pd/C(JM)催化剂。此外,CP结果还表明,PdNi/TiO2催化剂的抗中毒能力要高于H-PdNi催化剂。(本文来源于《厦门大学》期刊2017-06-30）
叶克,马孝坤,高胤羲,张宏宇,曹殿学[4]（2016）在《叁维廉价镍纳米线阵列的制备及作为直接过氧化氢燃料电池阳极催化剂的研究》一文中研究指出【引言】过氧化氢(H_2O_2)是广为人知的一种由氢和氧元素组成的化合物,它作为氧化剂而广泛使用。近年来,一些特殊的燃料电池(如金属半燃料电池、直接硼氢化物燃料电池、直接肼燃料电池等)使用过氧化氢作为氧化剂(H_2O_2+2H~++2e~-=2H_2O),代替空气中的氧气,从而使得这些燃料电池可于无氧环境下工作(作为空间和水下动力电源)。事实上,H_2O_2即是氧化剂(电子受体),还是(本文来源于《第18届全国固态离子学学术会议暨国际电化学储能技术论坛论文集》期刊2016-11-03）
魏微[5]（2016）在《直接硼氢化钠-过氧化氢燃料电池纳米阳极催化剂的研究》一文中研究指出直接硼氢化钠-过氧化氢燃料电池(DBHFC)是一种用硼氢化钠(NaBH_4)作为燃料,直接转化为电能的装置,具有理论比能量大(9.3 Wh g-1)、理论开路电压高(3.01 V)等优点而引起研究者的广泛关注。而阳极催化剂是影响DBHFC性能的重要因素之一,目前,DBHFC常用的阳极催化剂主要为贵金属,如Pt、Au、Pd等,高昂的催化剂成本严重的阻碍了DBHFC的商业化。而通过在贵金属中掺杂3d过渡态金属,能有效地改善催化剂的性能,降低催化剂成本,提高燃料利用率。本论文将3d过渡态金属Fe掺杂于贵金属Pt和Au中,制备出一系列相对催化活性较高和相对成本较低的DBHFC阳极催化剂。主要研究内容如下:1、采用浸渍还原法制备了不同原子比的Au-Fe/C双金属催化剂,通过循环伏安(CV)、计时电流测试(CA)、计时电位测试(CP)等电化学测试方法,研究了催化剂对BH_4-的电催化氧化行为、电化学活性面积,并将Au-Fe/C催化剂作为DBHFC阳极催化剂进行电池性能测试,研究结果表明:虽然Au-Fe/C具有较高的电化学活性和电池性能,其中Au50Fe50/C具有最大的电化学活性和电池性能,其最大功率密度为34.9 mW cm-2,而在同等测试条件下的Au/C催化剂的最大功率密度只有21.8 mW cm-2。2、采用浸渍还原法制备了不同原子比的Pt-Fe/C双金属催化剂,通过TEM和XRD测试,对催化剂的形貌和结构进行了表征,通过CV分析了催化剂BH_4-催化氧化的电化学行为和电化学活性面积,进一步分析了催化剂性能提高的原因,催化剂的DBHFC测试结果表明Pt-Fe/C双金属催化剂的电池性能要优于单金属Pt/C,其中Pt67Fe33/C的功率密度最大,其最大功率密度为65 mW cm-2高于而同等测试条件下的Pt/C催化剂(35 mW cm-2)。3、从动力学的角度,研究了Au-Fe/C和Pt-Fe/C电极上的氧化行为,以及BH_4-的电催化氧化过程中的相关动力学特性。求得BH_4-在Au/C和Au-Fe/C、Pt/C和Pt-Fe/C电极上氧化转移的电子数以及BH_4-在Au/C和Au50Fe50/C电极在电位为-0.1 V时、Pt/C和Pt67Fe33/C电极在电位为-0.5 V时电催化氧化反应的表观活化能Ea。(本文来源于《湘潭大学》期刊2016-06-01）
郭芬[6]（2016）在《镍基催化剂对尿素电氧化的催化作用及直接尿素—过氧化氢燃料电池性能的研究》一文中研究指出燃料电池不受卡诺循环限制,是一种高效清洁的发电技术。直接尿素燃料电池是以工业尿素、人畜尿液和含脲废水中的尿素直接作为燃料的新型燃料电池,通过这种燃料电池可实现发电和净化污水的双重目的。目前,直接尿素燃料电池的性能仍明显低于其他类型的燃料电池,主要是由于尿素电氧化反应存在起始氧化电位过高、催化剂稳定性较差等问题。本论文从尿素电氧化催化剂的设计和制备、电极反应动力学、催化反应机理等方面开展研究,以期提高直接尿素燃料电池的性能。分别采用径迹刻蚀的聚碳酸酯模板法和动态氢气模板法制备了叁维镍或镍-钴纳米线阵列电极、泡沫镍负载叁维多孔镍或镍-钴电极,并研究了两种电极对尿素电氧化的催化性能,探讨了尿素电氧化的反应机理。同时,以过氧化氢为氧化剂,组装了新型直接尿素-过氧化氢燃料电池(Direct Urea-Hydrogen Peroxide Fuel Cell,DUPFC),并考察了电池性能,主要内容如下:采用低熔点合金作为聚碳酸酯模板(PC模板)的导电层,通过恒电流沉积法在PC模板的孔道内和表面上电沉积镍制备了一体化的叁维镍纳米线阵列电极,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜对该电极进行表征,发现电极由镍平板支撑体和镍纳米线阵列两部分构成,支撑体厚度约为130 μm,纳米线长度约为6 μm,直径约为70 nm。一体化的结构避免了碳支撑体和粘结剂的使用,使其在强碱性体系中参与反应时更加稳定。不仅如此,开放的叁维纳米线阵列结构还有利于促进反应物和产物传质过程。然后比较了通过不同的电化学方法得到的叁维镍纳米线阵列电极和镍平板电极的真实表面积和活性面积,并研究了尿素和过氧化尿素叁种燃料在镍纳米线电极和镍平板电极上发生电氧化的行为。与镍平板电极相比,镍纳米线电极展现了更优异的电催化性能。催化尿素、过氧化尿素电氧化时,镍纳米线电极的表观电流密度分别是镍平板电极的4.89、4.38倍。在镍纳米线电极表面,尿素电氧化的起始氧化电位高达0.25 V vs.Ag/AgCl,与Ni(OH)2/NiOOH转化反应的起始氧化电位相同,说明尿素在镍电极上电氧化反应为E-C耦合机理。镍纳米线电极与镍平板电极结构的差异性,使得前者的起始氧化电位出现小幅度降低,氧化峰电流密度大幅度升高。通过改变镀镍液中硫酸镍与硫酸钴的摩尔比来制备不同钴含量的叁维镍-钴纳米线阵列电极。分别测试当硫酸镍与硫酸钴的摩尔比为10:0、9:1、7:3和5:5时,对应的Ni 10、Ni 9、Ni 7和Ni 5电极在单电极体系中的电催化和全电池体系中的电输出性能。通过比较单电极测试时的起始氧化电位和氧化电流密度、全电池测试时的开路电位、放电电流密度和功率密度来选择最佳钴含量的镍-钴纳米线阵列电极。结果表明当使用Ni 9电极时,尿素电氧化的氧化电流密度达到最大值,为380 mA cm-2,起始氧化电位相对较低,为0.19 V。然后以最优的镍-钴纳米线阵列电极为DUPFC的阳极来优化阳极液的配比,并在最佳配比下测试DUPFC的稳定性能,发现当硫酸镍与硫酸钴的摩尔比为9:1时,镍-钴纳米线阵列电极具有最优的电催化性能和电池电输出性能。当阳极液配比为9.0 mol L-1 KOH和0.33 mol L-1 CO(NH2)2时,电池的开路电压达到0.92 V,放电电流密度为50 mA cm-2,峰功率密度高达7.4 mW cm-2。采用动态氢气模板法制备泡沫镍负载叁维多孔镍-钴(Ni-Co@Ni foam)电极。对Ni-Co@Ni foam电极进行材料表征和循环伏安测试可知,当电沉积溶液中氯化镍与氯化钴的摩尔比为 10:0、8:2、5:5、2:8 和 0:10 时,对应的 Ni 10、Ni 8、Ni 5、Ni 和 Ni0电极具有不同的形貌、结构和钴元素含量,从而使电极的真实表面积和Ni(OH)2/NiOOH转化反应的起始氧化电位也不同。测试结果表明Ni 10、Ni 8、Ni 5、Ni 2和Ni 0电极的沉积物中的钴含量分别为0%,19.85%,49.17%,79.02%和100%,真实表面积分别为71.50,234.50,461.50,621.67 和 44.50 cm2。然后对比了不同 Ni-Co@Ni foam 阳极、不同配比的阳极液和不同的流速时DUPFC的电输出性能。发现当阳极为Ni 2电极,阳极液的配比为7.0 mol L-1 KOH和0.5 mol L-1 CO(NH2)2,流速为15 mL min-1时电池表现出最优异的放电性能,此时DUPFC的开路电位为0.83 V,峰功率密度达到17.4 mW cm-2,放电电流密度为90 mAcm-2。另外还测试了以人类尿液为燃料的直接尿液-过氧化氢燃料电池的电输出性能,该电池的开路电压为0.8 V,峰功率密度高达7.5 mW cm-2,实验结果表明尿液也是一种有前景的燃料,通过DUPFC装置可以变废为宝。采用交流阻抗法研究了尿素在镍电极表面电氧化的机理。改变电极电位后交流阻抗曲线表现出不同的特征,通过判断Nyquist半圆弧的个数和特征频率得到尿素电氧化反应存在着间接的E-C过程和直接电氧化过程。然后建立尿素电氧化的反应模型,结合交流阻抗测试、循环伏安测试和计时电流测试的结果,得到如下结论:当Nyquist半圆弧处于第一象限时,尿素氧化反应为速率控制步骤;当Nyquist半圆弧处于第二象限时,CO2的脱附反应为速率控制步骤;当Nyquist半圆弧存在感抗行为时,尿素氧化反应与CO2脱附反应的速率相当。尿素电氧化反应产生CO2在电极表面的覆盖导致电极稳定性能下降。另外研究了不同KOH浓度时交流阻抗曲线的特征,表明KOH的浓度也会影响尿素电氧化反应的速率控制步骤。(本文来源于《哈尔滨工程大学》期刊2016-05-09）
李龙[7]（2016）在《直接甲醇燃料电池二氧化铈载铂阳极催化剂复合及功能研究》一文中研究指出能源危机和环境污染促使人们对开发环境友好型新能源特别是清洁、高效、无污染的新型能源提出了迫切需求。因此人们对清洁、可再生能源及相关的设备装置作了大量的研究。其中,直接甲醇燃料电池(DMFC)的研究主要致力于解决电池稳定性低、催化剂的催化性能低等。本文主要是对CeO2载体进行复核和功能化修饰以提高催化剂性能。首次将CeO2纳米管和碳纳米管结合起来制作一种复合纳米管作为载体,使载体既具有良好的导电性能又具有良好的机械性能和热稳定性。实验结果表明：Pt/CeO2-CNTs-HN催化剂较Pt/CeO2-CNTs-PB、Pt/CNTs和Pt/CeO2-NTs催化剂拥有更高的活性和稳定性。CeO2-CNTs-HN载体上的Pt分布更加均匀,有利于提高其电化学活性,且由于Pt更容易吸附在CeO2与CeO2的缝隙间并不是直接吸附在CeO2上,这使得Pt与CNTs和CeO2同时有一个有效的接触,这样可以增强叁者间协同效应。Pt/CeO2-CNTs-HN催化剂中叁者的有效接触不仅可以提高催化剂的活性,还可以提高催化剂的稳定性,因为这有利于吸附在Pt上的毒化物种CO的去除,且Pt与CeO2间更强的范德华力可以抑制Pt的团聚和脱落。为进一步提高Pt/CeO2-CNTs-HN催化剂性能,首次讨论了煅烧温度和CeO2与CNTs之间的比例对Pt/CeO2-CNTs-HN催化剂性能的影响。实验结果表明：随着CeO2量的增加和煅烧温度的上升,催化剂的活性是先升高后下降,当CeO2与CNTs之间的比例为1：1、煅烧温度为280℃时,Pt/CeO2-CNTs-HN催化剂性能最好。由于碳载体在燃料电池运行环境中容易被腐蚀,造成催化剂活性稳定性降低。为了提高催化剂的稳定性,采用自制的介孔CeO2作载体,并用氮掺杂碳源PVP经原位碳化对二氧化铈载体进行修饰,考察PVP的量对二氧化铈催化剂体系的影响,同时用PVP对XC-72载体进行修饰以作对比。研究结果表明：PVP量越多,催化剂性能越好,但是过多的PVP又会导致催化剂性能下降,当PVP的量为20wt.%时,催化剂性能最好；PVP作氮掺杂碳源不仅有利于Pt/CeO2催化剂体系性能提高,也有利于Pt/XC-72催化剂体系性能提高。(本文来源于《天津工业大学》期刊2016-01-01）
刘佳[8]（2015）在《直接碳燃料电池阳极碳电氧化反应的研究》一文中研究指出电能是人类使用最广泛的二次能源,由于这种能源输送简单,使用方便,已经成为人类社会发展不可或缺的必要元素。全球的电能生产严重依赖于燃煤发电。依据目前现有的科学技术水平和发展速度,使用燃煤发电方法还将继续维持一段时间。但是现有火力发电技术的煤电转换效率只有40%左右,这造成了大量的能源浪费和二氧化碳的排放。因此,为了实现可持续发展,开发出全新的、高效的煤电转换技术就变得极为重要。直接碳燃料电池能够将储存在碳燃料中化学能直接转化成电能,避免了多重能量转化过程导致的能量损失,因此具有很高的转化效率。这为高效和清洁的使用煤电提供了一种很有前景的方法。但是现有的直接碳燃料电池还存在阳极反应活性缓慢、燃料中杂质对阳极反应影响不明、工作温度较高等问题,限制了直接碳燃料电池实用化进程。因此,针对这些问题,本文开展了提高碳的反应活性的研究、杂质对碳阳极反应活性的影响的研究、碳燃料在低温条件下氧化的研究。研究了在阳极电解质中引入过渡金属氧化物V_2O_5、MoO_3、CuO,利用其具有的变价特性来促进碳的间接电氧化过程发生,从而提高了碳电氧化速率。发现在750 ~oC下,V_2O_5、MoO_3、CuO分别将碳的起始氧化电位从-0.85 V负移到-0.87 V、从-0.80 V负移到-0.85 V、从-0.83 V负移到-0.89 V。在-0.4 V电位下,V_2O_5、MoO_3、CuO分别将碳电氧化性能从101.4 mA cm~(-2)提高到172.9 mA cm~(-2)、从93.6 mA cm~(-2)提高到135.6 mA cm~(-2)、从62.0 mA cm~(-2)提高到168.7 mA cm~(-2)。稳态的测试结果证明了V_2O_5、MoO_3、CuO的催化作用是稳定的。根据电化学测试结果分析讨论了过渡金属氧化物对碳电氧化反应的促进作用机理。研究了不同方法制备的二氧化铈对碳电氧化性能的影响。将二氧化铈和石墨粉混合、压制成消耗性阳极,采用这种电极形式的目的是加强催化剂和反应物的接触程度来提高催化效果。经电化学测试发现溶胶凝胶法制备的二氧化铈具有最高的催化性能。在750 ~oC下,溶胶凝胶法制备的CeO_2将碳在-0.4 V处的电氧化性能从117 mA cm~(-2)提高到196 mA cm~(-2),性能提高近一倍。碳电氧化反应的活化能从42.8 kJ mol~(-1)降低到14.9 kJ mol~(-1)。计时电流测试证明二氧化铈的催化过程是可持续的、稳定的。通过SEM和XRD表征发现反应前后二氧化铈形貌和结构均发生了改变。循环伏安法测试验证了二氧化铈能够发生电化学的氧化还原反应。热重分析证明了在高温条件下,二氧化铈能够与碳发生化学反应。并且通过以上实验结果探讨了相应的二氧化铈的催化机理。研究了在熔融碳酸盐中添加五种不同硫价态的无机含硫物质:CaSO_4、K_2SO_3、K_2S、S、FeS_2,考察含硫化合物对碳电氧化的影响。发现在高温条件下,CaSO_4中的Ca会促进Boudouard反应发生,增加阳极碳氧化过程的反应途径,提高阳极反应活性。其他四种硫化物在阳极反应过程中,会发生电氧化,这些物质中的硫价态会升高。而且硫的电氧化过程与碳的电氧化过程是平行反应,两个过程不互相干扰。因此,实验结果证实这些硫化物不会对碳电氧化过程产生影响。而且,少量的硫化物还可以作为燃料使用。研究了磷钼酸作为媒介引入到阳极溶液中,利用其较强的氧化性实现了碳在低温下的间接电氧化过程。考察磷钼酸和碳材料之间的化学反应,发现椰壳活性炭的活性要高于煤和煤质活性炭。通过循环伏安法测试,分析出磷钼酸中+6价Mo可将碳材料氧化,且被还原成+5价,随后又在电极上重新被电氧化回+6价Mo,这个过程将从碳材料上获得的电子转移到电极上,实现了碳在低温条件下的间接电氧化过程。通过对光照的条件下测试,证实光对磷钼酸催化活性炭电氧化反应有两方面的促进作用:光的热效应使溶液的反应的温度升高,有利于反应速率的提高;另外磷钼酸具有光催化特征,能够利用其特有结构吸收光能,提高磷钼酸本身的氧化速度和能力,提高碳氧化反应速率。全电池测试验证了碳燃料电池在常温条件下运行的可行性,为碳燃料电池在低温下运行提供了一个可行的方法。(本文来源于《哈尔滨工程大学》期刊2015-06-01）
王伟华[9]（2015）在《铂—氧化铈/石墨烯作为直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究》一文中研究指出直接甲醇燃料电池作为一种新型绿色能源,由于其较高的能量密度、使用液态燃料、较低的运营成本等优点在移动运输设备及便携式装备领域具有极大的应用前景。然而,直接甲醇燃料电池最有效的催化剂——铂基复合催化材料,由于其催化效率低还极易受甲醇电催化氧化过程中的中间产物一氧化碳毒化,极大地限制了直接甲醇燃料电池的商业化应用。为了解决铂基催化材料在直接甲醇燃料电池中面临的问题,研究人员将铂与氧化铈做成Pt/Ce O2基复合催化剂,以通过铂与氧化铈的协同作用来提高铂基催化剂的催化性能。研究表明:氧化铈暴露不同的晶型具有不同的一氧化碳氧化能力。然而,目前为止通过调整氧化铈的晶型来优化Pt/Ce O2基复合催化剂的整体催化性能相关的研究相对欠缺。同时,通过调整氧化铈的形貌来改善催化剂的整体性能也面临诸多挑战。本文试图通过调控氧化铈的晶型来提高催化剂的性能。另外,通过设计构筑一种氧化铈与石墨烯的叁维立体结构来提高活性位点铂的暴露以提高催化剂的电化学性能。通过探索调整水热过程的温度、溶液氢氧化钠浓度、水热时间等因素成功地实现了对氧化铈的调控合成,制备了叁种具有不同形貌/晶型的氧化铈。随后,将叁种不同形貌/晶型的氧化铈通过自组装法与铂、石墨烯组装成Pt-x Ce O2/Graphene复合催化剂。对不同的催化剂进行了电化学性能对比研究,发现由棒状氧化铈({110}&{100})修饰的Pt-r Ce O2/Graphene复合材料表现出最好的电化学性能。与其他几种材料对比发现Pt-r Ce O2/Graphene不仅具有最低的起始电位(0.152 V)还表现出最高的甲醇氧化峰值电流(286.7 m A/mg),更重要的是通过计算发现Pt-r Ce O2/Graphene相比其他几种材料其If/Ib比值最高可达2.11。研究表明Pt-r Ce O2/Graphene与其他材料相比明显地表现出更高的电化学活性及更强的抗一氧化碳毒化能力。此外,通过原位生长法在氧化石墨烯表面成功地修饰上了棒状氧化铈,随后,通过EG还原法将铂复合到NRCe O2/Graphene上,组装成一种具有叁维立体结构的复合催化剂Pt-NRCe O2/Graphene,与其他材料相比,Pt-NRCe O2/Graphene展现出最高的If值(498 m A/mg),对氢的吸脱附曲线峰进行积分计算结果显示Pt-NRCe O2/Graphene的电化学活性表面积高达72.6 m2/g。另外,计时电流表征结果显示,这种叁维结构设计的Pt-NRCe O2/Graphene催化剂具有最高的稳定电流(30.5 m A/mg)。这充分说明了这种叁维结构的设计有效地提高了催化剂的电化学性能。(本文来源于《内蒙古工业大学》期刊2015-06-01）
刘菁[10]（2015）在《以纳米多孔炭为载体的直接硼氢化钠—过氧化氢燃料电池阳极催化剂研究》一文中研究指出直接硼氢化钠-过氧化氢燃料电池(DBHFC)是直接以硼氢化钠(NaBH4)碱溶液为燃料的一种新型燃料电池,因具有理论比能量大(9.3 Wh g-1)、理论电压高(3.01 V)等特点而受到了人们的广泛关注。但其催化剂(主要为贵金属,如Pt、Au、Pd等)等基础材料价格高昂,严重阻碍了DBHFC的商业化。其中,改善阳极催化剂性能是降低催化剂成本、提高燃料利用率的关键。而阳极催化剂的电催化活性面积、形貌、稳定性等都与催化剂载体的性质直接相关。因此,寻找一种适宜的催化剂载体是提高阳极催化剂活性,进而促进DBHFC商业化的一条有效途径。近年来,以孔径可控、结构多样的金属有机骨架化合物(MOFs)为模板制备的纳米多孔炭在众多领域展现出了优异的性能,如:发达的孔隙结构、高的比表面积和良好的导电性等。可见,纳米多孔炭是一种潜在的理想DBHFC催化剂载体。因此,本论文采用糠醇(FA)为碳源,MOF-5(Zn4O(OOCC6H4COO)3)为模板,通过高温煅烧得到纳米多孔炭(NPC),并将其应用于DBHFC阳极催化剂载体。主要研究内容如下:采用浸渍还原法分别制备了NPC载Pt催化剂(Pt/NPC)及碳黑载Pt催化剂(Pt/XC-72),通过循环伏安(CV)等电化学测试方法研究了Pt/NPC对BH4-氧化的电催化活性。测试结果表明:Pt/NPC的电催化性能优于Pt/XC-72。同样,以Pt/NPC为阳极催化剂组装的DBHFC的最大功率密度达54 mW cm-2,大于以Pt/XC-72为阳极催化剂的DBHFC的最大功率密度(34 mW cm-2)。通过氮气吸/脱附测试探讨了KOH活化对NPC在孔径、比表面积等方面的影响,测试结果显示:活化后得到的A-NPC的比表面积(2296 m2 g-1)和孔容(1.59 cm3 g-1)均大于NPC。采用CV等电化学测试方法比较了A-NPC载Au催化剂(Au/A-NPC)、NPC载Au催化剂(Au/NPC)和碳黑载Au催化剂(Au/XC-72)对BH4-氧化的电催化活性。实验结果表明:Au/A-NPC具有良好的催化活性。采用浸渍还原法制备了两个系列的NPC载双金属催化剂PtxCu/NPC和PdxZn/NPC催化剂,并分别研究了各催化剂的电化学性能。研究结果表明:PtxCu/NPC和PdxZn/NPC对BH4-氧化的电催化活性均高于相应的单金属催化剂。特别是Pt2Cu/NPC和Pd2Zn/NPC在同系列的催化剂中表现出了最佳的电催化性能。此外,分别以Pt2Cu/NPC和Pd2Zn/NPC为阳极催化剂组装成的DBHFC,最大功率密度高达89 mW cm-2和104 mW cm-2。(本文来源于《湘潭大学》期刊2015-05-22）
直接氧化型燃料电池论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
直接过氧化氢燃料电池(DPPFC)是一种以H_2O_2作为燃料和氧化剂的新型液态燃料电池,使得DPPFC可于无氧环境下工作(作为空间和水下电源)。本论文针对直接过氧化氢燃料电池的催化电极开展研究,设计制备了一系列催化电极,分别研究了其催化H_2O_2在酸中电还原(阴极反应)和碱中电氧化(阳极反应)的活性和稳定性,考察了其构成的DPPFC的性能。利用简单的无模板法制备出了泡沫镍(Ni-foam)支撑的钴酸镍(NiCo_2O_4)纳米电极,研究了NiCo_2O_4/Ni-foam电极的电催化性能。XRD等表征结果表明,NiCo_2O_4/Ni-foam电极为具有尖晶石结构的纳米线阵列结构,单根纳米线粗细均匀,长度约为800~900 nm,直径约为50~100 nm,由许多直径约为10~15 nm的纳米颗粒组成,并且在纳米线上存在大量平均粒径约为2~7 nm的不规则孔。所制备的多孔NiCo_2O_4/Ni-foam电极对H_2O_2电还原和电氧化反应都具有较高的催化活性和良好的稳定性。在3.0 mol?L~(-1)KOH+0.4 mol?L~(-1)H_2O_2溶液中,-0.4 V时的还原电流密度为190 mA?cm~(-2),远大于NiCo_2O_4粉末涂覆电极所能达到的79 mA?cm~(-2),在0.3 V时的氧化电流密度达到462 mA?cm~(-2)。以NiCo_2O_4/Ni-foam为阳极和以Pd/CFC为阴极组装成双室DPPFC,20℃电池的开路电位可达0.86 V,最大输出功率为20.1 mW?cm~(-2),高于文献报道的数值(14 mW?cm~(-2))。利用共沉淀法制备出了二元普鲁士蓝类铁氰化镍铁(NiFeHCF)纳米粒子催化剂,再将纳米粒子涂覆在碳布表面制备出了NiFeHCF/CFC纳米电极,TEM和XRD等测试分析表明,制备的NiFeHCF颗粒具有结晶度较好的面心立方结构,平均粒径为2.57 nm,多孔且均匀地分布在碳布基体的表面上。电化学分析表明,多孔NiFeHCF/CFC电极表现出优异的催化性能和良好的稳定性能。在0.1 V电位下,电极催化过氧化氢电还原的电流密度为115 mA?cm~(-2),高于文献报道的纳米Au电极的电流密度(40 mA?cm~(-2))。以多孔NiFeHCF(n_(Fe):n_(Ni)=1:1,7 mg?cm~(-2))/CFC电极作为阴极和以Ni/Ni-foam作为阳极组装成的双室DPPFC,20℃下电池的开路电压高达1.09 V,最大功率密度达到36 mW?cm~(-2),是以Pd/CFC电极为阴阳极的电池性能(14.3 mW?cm~(-2))的2.5倍。在40℃下,DPPFC的峰值功率密度达到了63 mW?cm~(-2),这一结果表明,NiFeHCF纳米电极由于其成本低,合成方法简单,是一种可替代贵金属的有研究和发展前景的催化剂。利用共沉淀法制备出了碳布负载的二元普鲁士蓝类铁氰化镍钴催化剂的电极(NiCoHCF/CFC),经过SEM等表征分析得出制备的纳米NiCoHCF颗粒平均粒径为2.44nm,比表面积达到22.1 m~2?g~(-1),具有结晶度较好的面心立方结构。利用循环扫描伏安法、线性扫描伏安法和计时电流法分别研究了NiCoHCF/CFC电极对H_2O_2电还原的催化性能,研究表明所制备的纳米催化剂NiCoHCF(n_(Ni):n_(Co)=1:1,6 mg?cm~(-2))/CFC对H_2O_2电还原具有较高的电化学活性和良好的稳定性。电极在-0.2 V下的还原电流密度达到200mA?cm~(-2)。以NiCoHCF(n _(Ni):n_(Co)=1:1,6 mg?cm~(-2))/CFC电极作为阴极和以Ni/Ni-foam作为阳极组装成的双室DPPFC,在20℃下电池的开路电压高达1.07 V,最大功率密度达到43 mW?cm~(-2)。通过共沉淀法制备出了碳布负载的叁元普鲁士蓝类铁氰化铁镍钴催化剂的电极(FeNiCoHCF/CFC)。通过SEM和XRD等分析发现,当n_(Fe):n_(Ni):n_(Co)=1:1:1、2:1:1、1:2:1和1:1:2时,FeNiCoHCF的平均粒径分别为15.05 nm、10.39 nm、12.8 nm和16.62 nm,都具有结晶度较好的面心立方结构。利用循环扫描伏安法、线性扫描伏安法和计时电流法对Fe、Ni、Co的相对含量与催化过氧化氢电还原的电化学性能之间的关系进行了研究,发现随着Ni在催化剂中的质量百分含量的增加,催化电极对过氧化氢电还原反应的催化活性提高,FeNiCoHCF(n _(Fe):n_(Ni):n_(Co)=1:2:1,6 mg?cm~(-2))/CFC电极具有最优的催化过氧化氢电还原活性,当电极电势为-0.2V时,还原电流密度为209 mA?cm~(-2)。以Ni/Ni-foam为阳极和以多孔FeNiCoHCF(n_(Fe):n_(Ni):n_(Co)=1:2:1,6 mg?cm~(-2))/CFC电极为阴极组装成的双室DPPFC,在20℃电池的开路电压达1.06 V,峰值功率密度达到了43.4 mW?cm~(-2),对应的电流密度为100.4 mA?cm~(-2),电池电压为0.42 V。使用普鲁士蓝类FeNiCoHCF/CFC电极有助于降低DPPFC燃料电池的成本,并提高其性能。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
直接氧化型燃料电池论文参考文献
[1].杨东辉.直接甲醇燃料电池阳极Pt基催化剂氧化锡锑载体改性研究[D].哈尔滨工业大学.2018
[2].肖雪.直接过氧化氢燃料电池（Fe、Ni、Co）基催化电极的制备及性能研究[D].哈尔滨工程大学.2018
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[9].王伟华.铂—氧化铈/石墨烯作为直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究[D].内蒙古工业大学.2015
[10].刘菁.以纳米多孔炭为载体的直接硼氢化钠—过氧化氢燃料电池阳极催化剂研究[D].湘潭大学.2015
标签：直接甲醇燃料电池; 阳极Pt基催化剂; 氧化锡锑载体; 等离子体增强化学气相沉积;