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过程工程所开发出直接甲醇燃料电池选择性电催化剂
时间:2016-09-22 15:36 来源:优发国际线,优发国际开户注册 点击:

  优发平台目前限制DMFC贸易化的一个次要妨碍是“甲醇渗入问题”。这是由于,DMFC遍及利用的Nafion系列全氟磺酸型质子互换膜具有较高的甲醇透过率,甲醇可以或许从阳极穿过质子互换膜进入到阴极,而因为阴极一般利用Pt做催化剂,氧还原和甲醇氧化会同时发生,因而发生“夹杂电位”,严沉降低燃料的效率和电池的输出功率。并且甲醇正在阴极的氧化也使其操纵率降低。此外,扩散过来的甲醇及其氧化的两头产品还会使阴极Pt催化剂中毒,影响Pt对氧还原的催化活性。因为甲醇渗入的存正在,DMFC一般都使燃料甲醇浓度维持正在4 M以下。但要和目前市场上占支流的锂离子电池合作,DMFC利用的甲醇浓度需提高到9 M以上以无效提拔电池的能量密度。保守的降服DMFC中甲醇渗入的策略包罗改善燃料进料系统、提拔质子膜机能、润色电池电极布局和添加水办理系统等,这些策略必然程度上确实改善了电池的操做机能,但无疑使电池的设想趋于复杂并添加了电池制制的成本。

  间接甲醇燃料电池(DMFC)是将甲醇氧化反映的化学能间接为电能的一种发电安拆,其工做道理很是简单,次要由阴极、阳极、质子互换膜及双极板等构成。工做时,甲醇正在阳极上被催化氧化为CO2和H2O,同时发生6个电子和6个质子,此中质子经质子互换膜由阳极达到阴极,正在催化剂感化下使阴极室的氧还原,生成H2O。电子经外电由阳极达到阴极,并通过外电并形成电回。DMFC布局简单、便利矫捷,工做时间只取决于燃料照顾量而不受限于电池的额定容量,近年来倍受财产界青睐。DMFC正在发电过程中,无需颠末卡诺轮回,具有能量效率高、低排放和无乐音等长处,别的还具有常温利用、燃料照顾补给便利、体积和分量比能量密度高档劣势,出格适合于做为小型可挪动及便携式电源,正在国防、能源和通信等范畴有着潜正在的广漠使用前景。

  中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国度沉点尝试室研究员课题组的研究者们转换研究思,从制备选择性催化剂的角度考虑降服DMFC中的甲醇渗入问题,以期降低或脱节对证子膜的依赖。选择性催化剂意味着正在DMFC的阴极或阳极利用的催化材料只对阴极或阳极的反映有催化感化,对另一侧的反映无活性或活性极低。他们正在深刻理解DMFC中甲醇催化氧化和氧气催化还原机理的根本上,设想贵金属基异质布局纳米材料,充实操纵异质材猜中的晶格应变效应和电子耦合效应调控材料的催化机能,不只使材料具有优秀的催化活性,并且使材料对DMFC中的甲醇氧化或氧气还原具有很好的选择性。具体的,他们使器具有核-壳-壳布局的三元纳米复合材料和具有核壳布局的AuPd纳米材料别离做为DMFC的阳极和阴极电催化剂。对于前者,三元材猜中的电子耦合效应使Pt原子的电子云密度添加,可以或许一氧化碳(CO)和氧气(O2)正在Pt原子上的吸附,使其具有优秀甲醇氧化活性的同时具有较弱的氧化还原活性;而对于后者,因为晶格参数和电负性的差别,Au内核正在超薄Pd壳层上的晶格拉伸效应和电子耦合效应很好地提拔了Pd催化氧气还原的活性,而又因为Pd正在酸性介质中对甲醇氧化没有活性,使这种核壳布局材料成为DMFC阴极选择性催化剂合适的候选。研究者们研究了催化剂的制备、放大和表征,正在操纵无质子膜DMFC模子了催化剂选择性的根本上,成功拆卸了DMFC单电池(如图)。测试表白,正在甲醇浓度为10 M时,电池输出的功率密度为89.7 mW/cm2,远高于近年来报道的利用其它策略实现高浓度甲醇下操做的DMFC的输出功率密度。正在甲醇浓度提拔至15 M时,电池输出功率略微下降,仍能维持82.7 mW/cm2的功率密度输出。

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