钴基氧还原催化剂的制备和性能研究及无膜燃料电池的设计和优化
发布时间：2020-12-22 22:49
燃料电池因具有反应产物清洁无污染、能量转换效率高等优点而受到科研工作者的广泛关注,但燃料电池昂贵的成本阻碍了其大规模应用,电池成本以贵金属催化剂和质子交换膜为主。燃料电池阴极缓慢的氧还原反应（ORR）动力学是制约燃料电池发展的重要因素,通常贵金属铂基催化剂被认为是高效的ORR催化剂,但铂贵金属资源匮乏、成本昂贵,限制了燃料电池的大规模商业应用。另一方面,阴阳极之间的质子交换膜在质子传导性、吸水性、耐腐蚀性、机械强度以及绝缘性等方面都有较高的要求,致使其成本高昂,这是限制燃料电池发展的另一个重要因素。因此,开发高性能、低成本的非贵金属催化剂代替铂基催化剂和排除质子交换膜的使用能够从根本上解决燃料电池的成本问题,促进燃料电池的实际应用。本文主要研究了具有高催化活性的硫化钴ORR催化剂、使用承载电解液的腔体替代质子交换膜、高电位的Fe3+/Fe2+氧化还原电对替代空气阴极的无膜无氧直接甲醇燃料电池（DMFC）,这些措施可以避免昂贵的铂基催化剂和质子交换膜的使用,在降低燃料电池成本的同时,提高燃料电池的性能。具体研究结果如下:（1）利用一步水热法制备...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
首次展示燃料电池的示意图
的分类电解质种类不同可以划分为碱性燃料电池（AFC）、聚C）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（池（SOFC）[12]，类型总结如图 1.2 所示。按照工作温100℃）、中温（100℃～500℃）、高温（＞500℃）燃池是一种采用氢气和氧气为反应物，以质子交换膜为电间，具有高稳定性和便携性等特点的燃料电池系统。在料供给装置和反应物加湿装置，还需要配置水热管理辅的进程中，由于氢气的存储与运输、氢气的制备等问题限制了 PEMFC 作为移动电源设备的发展。因此，直接DMFC）受到了世界范围内的广泛关注，并逐渐成为研
氧气经阴极燃料电池流场板扩散到达阴极，在催性条件下电极上的反应方程式如下：+H2O → CO2+6H++6e-Ea=0.016 VH++6e-→ 3H2O Ec=1.23 VH+3/2O2→ CO2+3H2O E=1.214 V极上的反应方程式如下：+6OH-→ CO2+5H2O+6e-H2O +6e-→ 6OH-H+3/2O2→ CO2+3H2O中只要保证甲醇燃料和氧气的充足，则该电池就会持续不动力学快慢对燃料电池有着至关重要的影响。研究具有高燃料电池阴极氧还原反应动力学的重要的手段之一。
【参考文献】：
期刊论文
[1]In Situ Coupling Strategy for Anchoring Monodisperse Co9S8 Nanoparticles on S and N Dual?Doped Graphene as a Bifunctional Electrocatalyst for Rechargeable Zn–Air Battery[J]. Qi Shao,Jiaqi Liu,Qiong Wu,Qiang Li,Heng-guo Wang,Yanhui Li,Qian Duan. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[2]Bimetallic Nickel Cobalt Sulfide as E cient Electrocatalyst for Zn–Air Battery and Water Splitting[J]. Jingyan Zhang,Xiaowan Bai,Tongtong Wang,Wen Xiao,Pinxian Xi,Jinlan Wang,Daqiang Gao,John Wang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[3]纳米碳材料催化氧化反应的研究进展[J]. 张栋,何静,吴磊,苏琼,庞少锋,王彦斌. 当代化工研究. 2019(02)
[4]氢化二维过渡金属硫化物的稳定性和电子特性:第一性原理研究[J]. 王丹,邹娟,唐黎明. 物理学报. 2019(03)
[5]氮掺杂的碳材料中石墨化氮和吡啶氮对氧还原反应的催化特性（英文）[J]. 刘京,宋平,阮明波,徐维林. 催化学报. 2016(07)
[6]掺杂对FeS2薄膜光电性能的影响[J]. 张辉,张仁刚,万冬云,王宝义,魏龙. 太阳能学报. 2006(05)
[7]燃料电池现状与未来[J]. 衣宝廉. 电源技术. 1998(05)
[8]燃料电池进展[J]. 韦国林,秦金妹. 化学世界. 1997(06)
本文编号：2932578
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
首次展示燃料电池的示意图
的分类电解质种类不同可以划分为碱性燃料电池（AFC）、聚C）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（池（SOFC）[12]，类型总结如图 1.2 所示。按照工作温100℃）、中温（100℃～500℃）、高温（＞500℃）燃池是一种采用氢气和氧气为反应物，以质子交换膜为电间，具有高稳定性和便携性等特点的燃料电池系统。在料供给装置和反应物加湿装置，还需要配置水热管理辅的进程中，由于氢气的存储与运输、氢气的制备等问题限制了 PEMFC 作为移动电源设备的发展。因此，直接DMFC）受到了世界范围内的广泛关注，并逐渐成为研
氧气经阴极燃料电池流场板扩散到达阴极，在催性条件下电极上的反应方程式如下：+H2O → CO2+6H++6e-Ea=0.016 VH++6e-→ 3H2O Ec=1.23 VH+3/2O2→ CO2+3H2O E=1.214 V极上的反应方程式如下：+6OH-→ CO2+5H2O+6e-H2O +6e-→ 6OH-H+3/2O2→ CO2+3H2O中只要保证甲醇燃料和氧气的充足，则该电池就会持续不动力学快慢对燃料电池有着至关重要的影响。研究具有高燃料电池阴极氧还原反应动力学的重要的手段之一。
【参考文献】：
期刊论文
[1]In Situ Coupling Strategy for Anchoring Monodisperse Co9S8 Nanoparticles on S and N Dual?Doped Graphene as a Bifunctional Electrocatalyst for Rechargeable Zn–Air Battery[J]. Qi Shao,Jiaqi Liu,Qiong Wu,Qiang Li,Heng-guo Wang,Yanhui Li,Qian Duan. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[2]Bimetallic Nickel Cobalt Sulfide as E cient Electrocatalyst for Zn–Air Battery and Water Splitting[J]. Jingyan Zhang,Xiaowan Bai,Tongtong Wang,Wen Xiao,Pinxian Xi,Jinlan Wang,Daqiang Gao,John Wang. Nano-Micro Letters. 2019(01)
[3]纳米碳材料催化氧化反应的研究进展[J]. 张栋,何静,吴磊,苏琼,庞少锋,王彦斌. 当代化工研究. 2019(02)
[4]氢化二维过渡金属硫化物的稳定性和电子特性:第一性原理研究[J]. 王丹,邹娟,唐黎明. 物理学报. 2019(03)
[5]氮掺杂的碳材料中石墨化氮和吡啶氮对氧还原反应的催化特性（英文）[J]. 刘京,宋平,阮明波,徐维林. 催化学报. 2016(07)
[6]掺杂对FeS2薄膜光电性能的影响[J]. 张辉,张仁刚,万冬云,王宝义,魏龙. 太阳能学报. 2006(05)
[7]燃料电池现状与未来[J]. 衣宝廉. 电源技术. 1998(05)
[8]燃料电池进展[J]. 韦国林,秦金妹. 化学世界. 1997(06)
本文编号：2932578
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