直接甲酸燃料电池Pd阳极催化剂及其电催化稳定性


摘要
直 接 甲 酸燃 料 电池 ( F F ) P D A C 中 d阳极 催 化 剂 对 甲 酸 氧 化具 有很 好 的 电催 化 活 性 , 电 催化 稳 定 性 较 但
差, 因此 , P 催 化 剂 电催 化 活 性 和 稳定 性 的 影 响 原 因 和 机 理 的 研 究 已经 成 为 D A C阳 极催 化 剂 的研 究 重 对 d FF 点 ,本 文综 述 了 D A C 中 P 催 化 剂 和 1j 复 合 催 化 剂 的 研 究 和 发 展 概 『 FF d )基 ( 兄.主 要 介 绍 了 P d催 化 剂 的 优 缺 点 、 定 性 及 提 高稳 定 性 的 方 法 和机 理 等 , P 稳 为 d催 化 剂 和 P】 复 合 催 化 剂 的 实 际 应 用 奠 定 基 础 . f基 关键词 直 接 甲酸 燃 料 电池 ;甲 酸 氧 化 ; d 化 剂 ;电催 化 性 能 P催 04 66 文献标识码 A 文章编号 05 < 9 (0 】714 —6 2 1 ) 0 2 1 0 — 50 7 1 4 中图 分 类 号
李焕芝 ,沈娟章 杨 改秀 唐亚文 , , ,陆天虹
( .江 苏 省新 型 动 力 电 池 重 点 实 验 室 , 京 师 范 大 学 化 学 与 材 料 科 学 学 院 , 京 2 0 9 ; I 南 南 10 7 2 .中 国科 学 院广 州 能 源 研 究 所 , 国 科 学 院 可 再 生 能 源 与天 然 气 水 合 物 重 点 实 验 室 , 州 50 4 中 广 160 3 .中 固科 学 院 长春 应 用 化学 研究 所 , 春 10 2 ) 长 3 02
以氢 为燃料 的质 子 交换膜 燃料 电池 ( E C 由于价 格 高 、 合 适 氢 源及 在 0 o P MF ) 无 C以下 N t n膜结 ao i 冰等 问题 , 至今 还 未能 商业化 ¨ .直接 甲醇燃 料 电池 ( MF 具 有燃 料储 运 和使用 方便 、 积小 和 比 D C) 体 能量 高等优 点 , 甲醇有 毒 、 但 易挥 发 、 易燃且 易透 过 N t n膜 而 引起 电池性 能 下降 .近年来 的研 高 ao i 究 发现 ,甲酸 是一种 较好 的 甲醇替代 燃料 ,直接 甲酸燃 料 电池 ( F F 具 有很 多 优点 D A C) ,如 甲酸 无 毒 、 易燃 等.由于 N t n膜 中磺 酸基 团与 甲酸 阴离 子 问有 排 斥 作用 ,因此 ,甲酸 对 N t n膜 的渗 透 不 ao i ao i 率 比甲醇低 很 多 ,D A C已成 为燃 料 电池 的研 究 热点 .由于 D C中的 阳极催 化 剂 主要 是 P 基 催 化 FF MF t 剂 ,因此在 开始研 究 D A C 阳极 催 化 剂 时 ,也 主 要 使 用 P 和 P 基 催 化 剂 … 1 .1 7 FF t t ~ 1 9 3年 P r n 4 as s o
1 P d催 化 剂
1 1 无载体 P . d催 化剂 P ros ¨ asn 等 研 究 发现 ,甲酸在 P1 化 剂 上 的 氧化 通 过 直 接途 径 进 行 .H (催 a等 。 次报 道 了用 首
P{ 阳极催化 剂 制备 D A C,它 的性能 接 近于 以氢 为燃 料 的 P M C d粒子 的粒 径 、 貌和 晶 面对 (黑 FF E F .P 形 P d催化 剂 的性 能 有较 大 的影 响 .例 如 ,Y si 等 研究 发现 , d粒子 的粒 径约 为 3n' , d催化 剂 aho P l 时 P l l 的电催化 活性 最好 .但 文献 [ 5 报 道 ,P 2] d粒 子 的 粒径 在 9—1 n 时 的 电催 化 活 性 最 好.K l _ 1n l o 2 b 和 H si oh 等 研究 发现 , 同 Pi 不 (晶体 的晶 面对 甲酸氧化 的电催化 活性 不 同 , 甲酸氧化 的 电催 化 活性 对 用 不 同方法 制 备 了网状 PJ (纳米 线 ,这种 P d 顺序 为 P ( 1 )<P ( l )< d 10 .一些 研 究 组 d 10 d 11 P (0 ) 纳米线 对 甲酸具 有较 高 的电催 化活性 和稳 定性 .
1 2 负载 型 P . d催 化剂
炭载 P ( d C 催 化 剂是 研 究最 多 的负 载 型 P dP/ ) d催 化 剂.在 2 0 0 5年 , 等 首 次报 道 _ D A C Ha r F F
收稿 日期 : 0 0o -5 2 1-80 .
基金项 日:国家 自然科学基金 ( 批准号 : 07 0 5 2 0 39 和江苏高校优势学科建设1 程坝 目资助. 2 83 6 , 17 04) 二
Vo . 2 13
21 0 1年 7月
高 等 学 校 化 学 学 报
C HEMI CAL J OURNA1 OF CHI NES E UNI VERS TI I ES
No. 7
1 4 ~】 5 4 5 4 0
[ 综合 评 述 ]
直 接 甲酸 燃 料 电 池 P d阳极 催 化 剂 及 其 电催 化 稳 定 性
等 研 究 了 P 催 化剂对 甲酸氧化 的 电催化性 能 , sl 究 组 ” 比较 了 P , d和 PP ( J Mae 研 tP td催 化剂对 甲
酸 氧化 的电催 化性 能发 现 ,甲酸 在 P d催 化剂 上 的氧化 主要通 过 直接途 径进 行 。 P , d催化 剂 对 甲酸 氧 化 的电催化 活性 比 P 催 化剂 好得 多 。 盟 ,因此 P t 。 d和 P d基 复合 催 化剂 越来 越 受 到重 视 .本 文 主要 介 绍 了 D A C中 P FF d催 化剂和 J ) 复合催 化剂 的发 展概 况 、 d基 存在 问题及 发 展前景 .
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直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究

直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究

进展评述直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究进展周卫江 周振华 李文震 孙公权 辛 勤3(中国科学院大连化学物理研究所 辽宁大连 116023)摘 要 总结了近年来直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究工作,探讨了甲醇的电催化反应机理,阐述了设计催化剂的基本原则,同时对目前研究的各种催化体系作了比较和评价。

对未来甲醇电催化剂的发展作出展望。

关键词 直接甲醇燃料电池 阳极催化剂 电催化 甲醇电氧化Advances in Anode C atalysts for Direct Methanol Fuel CellsZhou Weijiang,Zhou Zhenhua,Li Wenzhen,Sun G ongquan,X in Qin3(Dalian Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences,Dalian116023,China)Abstract The recent advances in anode electrocatalysts for direct methanol fuel cells(DMFCs)are reviewed.The electrocatalytic reaction mechanism of methanol and basic principle of electrocatalyst design are described in detail.And different electrocatalyst systems are discussed and summarized.P ossible approaches for further w ork are als o suggested.K ey w ords Direct methanol fuel cells,Anode catalysts,E lectrocatalysis,Methanol electrooxidation近年来直接甲醇燃料电池(DMFC)引起了越来越大的兴趣并取得了很大进展[1,2],一方面是由于从氢气Π空气质子交换膜燃料电池中借鉴和移植了很多成熟技术,另一方面也由于各国都加大了环境污染的治理力度,并倾向于清洁能源的利用,不断增加对该类燃料电池研究的投资。

直接甲醇燃料电池膜电极稳定性的研究

直接甲醇燃料电池膜电极稳定性的研究

直接甲醇燃料电池膜电极稳定性的研究
王同涛;林才顺
【期刊名称】《湿法冶金》
【年(卷),期】2012(031)006
【摘要】直接甲醇燃料电池(DMFC)运行过程中膜电极的稳定性是其商业化的关键问题之一.采用加热喷雾法制备膜电极并对其稳定性进行研究.结果表明,膜电极的电池性能经过连续极化后略有下降,但下降幅度不大,电压衰减速率仅1.0 mV/h左右;经过25 h恒电流放电,欧姆阻抗和传质阻抗都呈上升趋势,说明电池的欧姆极化损
失加大、传质阻力上升.SEM测试结果表明,经过长时间恒电流放电后,膜电极催化
层与电解质膜、扩散层及催化层等之间发生剥离,造成传质阻力上升和膜电极结构
破坏,使电池性能衰退.循环伏安测试结果表明,经长时间放电运行后,阳极和阴极的氢脱附峰的积分面积减小,说明膜电极阴阳极催化层的电化学活性表面积降低.
【总页数】4页(P344-347)
【作者】王同涛;林才顺
【作者单位】科学技术部中国科学技术交流中心,北京100045;中国石油和化学工
业联合会,北京100723
【正文语种】中文
【中图分类】TM911.4
【相关文献】
1.直接甲醇燃料电池阳极催化剂稳定性研究 [J], 苑慧萍;邱新平
2.直接甲醇燃料电池稳定性的初步研究 [J], 刘桂成;姜颖;蒋钜明;王新东
3.膜电极热压条件对直接甲醇燃料电池性能影响的研究 [J], 申东辉;田爱华
4.直接甲醇燃料电池阻醇膜电极的研究 [J], 孙海;孙公权;王素力;毛庆;汪国雄;杨少华;辛勤
5.直接甲醇燃料电池所用催化剂和膜电极工艺研究进展 [J], 栾超;廖梦垠;徐文媛;陈泊宏;陈小平
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直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究现状及展望

直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究现状及展望

Hans Journal of Chemical Engineering and Technology 化学工程与技术, 2021, 11(2), 66-75Published Online March 2021 in Hans. /journal/hjcethttps:///10.12677/hjcet.2021.112009直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究现状及展望李贵贤,祁建军,王东亮,周怀荣,王靖靖,李红伟*兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州收稿日期:2021年1月8日;录用日期:2021年2月27日;发布日期:2021年3月5日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。

关键词直接甲醇燃料电池,贵金属催化剂,非贵金属催化剂Research Progress and Prospect of AnodeCatalysts for Direct Methanol Fuel CellsGuixian Li, Jianjun Qi, Dongliang Wang, Huairong Zhou, Jingjing Wang, Hongwei Li*School of Petrochemical Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou GansuReceived: Jan. 8th, 2021; accepted: Feb. 27th, 2021; published: Mar. 5th, 2021AbstractDirect methanol fuel cell (DMFC) has attracted wide attention due to its advantages of high energy density, environmental protection, and lightness. Among them, the methanol oxidation electroca-talyst is a key factor that determined the performance, life and cost of fuel cells. In recent years, researchers have carried out a lot of researches on improving the activity of anode catalysts and*通讯作者。

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展刘洋洋;孙燕芳;靳文;李奎【摘要】直接甲醇燃料电池(DMFC)具有结构简单、电解质易挟带、比能量高及环保性好等特征,成为最近几年国际上的主要钻研项目.DMFC在作为易携带的可移动电源的实验样机已经研制成功了.但是想在工业、电动等行业广泛应用,还需在廉价的阳极催化剂方面进一步展开深层次的探索.催化剂活性的高低在很大限度上限定着燃料电池的整体机能.近几年的研究中,在DMFC领域的探索主要还是围绕在催化剂成本方面.降低成本并且提高其催化性能才是推动DMFC发展的重要因素.简单介绍了DMFC阳极的反应机理,而且主要从二元贵金属催化剂方面进行了阐述.总结展望了DMFC的发展趋势,DMFC燃料电池的发展趋势是必然的,阳极催化剂进一步突破是迫在眉睫的.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2019(043)008【总页数】6页(P1397-1402)【关键词】直接甲醇燃料电池;阳极催化剂;载体;甲醇催化氧化;贵金属催化剂;非贵金属催化剂【作者】刘洋洋;孙燕芳;靳文;李奎【作者单位】河北农业大学理工学院,河北沧州061100;河北农业大学理工学院,河北沧州061100;河北农业大学理工学院,河北沧州061100;河北农业大学理工学院,河北沧州061100【正文语种】中文【中图分类】TM911电池的原理是一种电化学反应装置,一个电池单元是由正极、负极两个电极和电解质三部分构成,只要电池反应不停地进行,就可以持续不停地发电。

而DMFC是燃料电池中全新的一种,DMFC与质子膜燃料电池(PEMFC)比较,具有原料方便携带储存,并且电池体积小巧、理论能量较高、洁净环保、工作运行温度条件不苛刻等诸多优点[1-3]。

在便携式移动装置和电动车等的新型电源领域得到迅速发展。

也使得DMFC在将来便携式电子产品的应用中占据了很重要的地位。

DMFC是在PEMFC的基础上衍变生成的,两种电池本质上是相同的,都是一种电化学反应装置,但DMFC最突出的特点是燃料使用的方便性。

直接甲醇燃料电池的制备及性能研究

直接甲醇燃料电池的制备及性能研究

直接甲醇燃料电池的制备及性能研究直接甲醇燃料电池(Direct Methanol Fuel Cell,DMFC)是一种利用甲醇直接进行电化学反应产生电能的装置。

它具有高能量密度、低温操作和零排放的优势,被广泛应用于移动电源和便携式设备。

本文将详细介绍直接甲醇燃料电池的制备方法以及对其性能的研究。

一、DMFC的制备方法1. 膜电极组装直接甲醇燃料电池的关键组成部分是膜电极组件(membrane electrode assembly,MEA),它由阳极、阴极和质子交换膜组成。

首先,通过喷涂法或浸渍法在阴极和阳极上分别涂覆铂催化剂,然后将质子交换膜放置在两个电极之间,形成MEA。

2. 电池板组装电池板由多个MEA叠加而成,每个MEA之间夹有集流板,并通过导电材料连接起来。

电池板的制备过程需要考虑MEA的紧密贴合以及电池板的导电性,常用的组装方法包括热压法和喷墨印刷法。

3. 氧化剂供应系统直接甲醇燃料电池需要供应氧化剂作为电极的还原剂。

传统的方法是通过外部供氧,但这种方式会限制DMFC的便携性。

因此,研究人员提出了自供氧系统,如氧气还原剂的制备和固态氧化剂的使用。

二、DMFC的性能研究1. 催化剂的选择和改性催化剂对DMFC的性能至关重要。

铂是常用的催化剂,但其昂贵和稳定性不足成为了限制因素。

因此,研究人员致力于寻找替代催化剂或改性铂催化剂,如镍、钼等过渡金属,以提高催化效率和降低成本。

2. 质子交换膜的改性质子交换膜对DMFC的质子传输和物质穿透起着重要作用。

传统的质子交换膜如聚氟乙烯(PEM)存在着溶剂渗透和耐久性不足的问题。

因此,改性质子交换膜的研究成为了重要的方向,如聚苯醚、聚苯硫醚等材料的引入。

3. 浓度极化与动力学特性DMFC中的某些因素,如甲醇浓度、温度、电流密度等,都会对电池的性能产生影响。

浓度极化是DMFC中的主要性能损失机制之一,其产生原因包括甲醇溶液的扩散限制和甲醇的氧化反应动力学等。

PEMFC燃料电池催化剂稳定性能研究

PEMFC燃料电池催化剂稳定性能研究

PEMFC燃料电池催化剂稳定性能研究随着能源需求的增长和环境保护的迫切需求,燃料电池作为一种清洁、高效的能源转换技术得到了广泛的关注和研究。

其中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)由于其具有高能量密度、低温运行和快速启动等特点,被认为是最具应用前景的燃料电池技术之一、而燃料电池的催化剂是PEMFC中至关重要的组成部分,其性能稳定性直接影响到燃料电池的长期稳定运行。

目前,常用的PEMFC催化剂主要有铂族金属(Pt)及其合金。

金属催化剂在电化学反应中起催化作用,但在长时间使用过程中,受到催化剂的腐蚀以及金属颗粒的聚集等因素的影响,催化剂会发生失活,降低燃料电池的性能。

因此,研究催化剂的稳定性能,提高其长期稳定运行能力是非常重要的。

首先,研究人员可以通过表征催化剂的物理和化学性质来了解其稳定性能。

例如,使用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等表征技术来观察催化剂颗粒的形貌、尺寸及晶体结构等,以及能量色散X射线(EDX)来分析元素组成和分布情况。

通过这些表征手段,可以对催化剂的结构和形貌变化进行了解,进而分析催化剂的稳定性能。

其次,应用电化学测试方法研究催化剂的稳定性能。

常用的电化学测试方法包括循环伏安法(CV)和电化学交流阻抗谱(EIS)。

循环伏安法可以通过改变电位来模拟长时间使用中的起伏电位工况,从而研究催化剂的耐电位循环性能。

而电化学交流阻抗谱可以通过在不同频率下施加小信号电势来测量电极界面的阻抗,从而研究催化剂在不同频率下的电化学反应速率及其稳定性。

此外,通过改变催化剂的合成方法或添加助剂来改善催化剂的稳定性能也是一个有效的途径。

例如,合成催化剂时可以采用控制沉积方法来控制催化剂的分散度和尺寸,并加入适量的助剂来促进催化剂的稳定性。

助剂可以改善催化剂的电化学活性,抑制催化剂的聚集和腐蚀等。

总之,研究PEMFC燃料电池催化剂的稳定性能是提高燃料电池长期稳定运行能力的关键之一、通过综合运用物理化学表征和电化学测试方法,研究人员可以了解催化剂在长时间使用过程中的结构形态变化和电化学性能变化,并通过改变催化剂的合成方法或添加助剂等途径来提高其稳定性能,从而推动燃料电池技术的发展。

用于直接甲醇燃料电极的阳极催化剂研究

用于直接甲醇燃料电极的阳极催化剂研究作者:王芳于海峰魏杰张迎春陈明鸽洪远新来源:《价值工程》2010年第01期摘要:为了提高直接甲醇燃料电池阳极催化活性,本文研究了三种过渡金属取代磷钼酸修饰铂电极在硫酸溶液中的电化学行为及对甲醇的电催化氧化作用,并利用一氧化碳吸附实验评价了三种过渡金属取代磷钼酸修饰铂电极的抗一氧化碳毒化性能。

结果表明,三种过渡金属取代磷钼酸修饰铂电极均能够提高铂电极的催化活性,其中PMnMo11修饰铂电极对甲醇的催化活性最高,同时铂电极经三种过渡金属取代磷钼酸修饰后抗一氧化碳毒化能力增强。

Abstract:In order to improve the electrocatalytic activity of the anode in the Direct Methanol Feul Cell, three kinds of transition metal substituted phosphomolybdic acid modified platinum electrodes were prepared, and the electrochemical behavior in the sulphuric acid solution of transition metal substituted phosphomolybdic acid modified platinum electrodes and their electrocatalytic effects of methanol oxidation were studyed. The anti-poison effect to carbon monoxide of the prepared electrodes were studied by the carbon monoxide adsorbing.The results show that the three kinds of heteropolyacid modified platinum electrodes have the higher electrocatalytic activity to methanol oxidation, PMnMo11 modified platinum electrode has the highest electrocatalytic activity. Meanwhile the anti-poison effect to carbon monoxide of platinum electrode can been improved by modification of transition metal substituted phosphomolybdic acid.关键词:直接甲醇燃料电池;阳极催化剂;过渡金属取代;PMo12修饰Key words:Direct Methanol Feul Cell;anode catalysis;transition metal substituted;PMo12 modified中图分类号:TM911.4 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)01-0045-02直接甲醇燃料电池由于非常适合作为电动汽车、小型电子设备和便携式移动电源,成为目前燃料电池研究领域的一个热点。

钯基催化剂应用于甲酸电氧化反应的研究进展

钯基催化剂应用于甲酸电氧化反应的研究进展陈少峰1,侯兰凤1,廖世军2(1.茂名职业技术学院化学工程系,广东茂名525000;2.华南理工大学化学与化工学院)摘要:甲酸是一种很有前途的化学储氢材料,可作为低温液体燃料电池的直接燃料。

钯基催化剂作为直接甲酸燃料电池(DFAFC)阳极材料,对甲酸氧化具有良好的催化活性,能克服一氧化碳的毒化,在甲酸电化学氧化反应中主要按直接途径进行。

降低贵金属含量、提高催化活性、提升稳定性是当前钯基催化材料研究领域的主要方向。

主要介绍了当前研究中钯催化剂对甲酸电氧化的催化机理,综述了近5a 的钯合金催化剂制备、特殊形貌控制、碳负载对甲酸氧化活性增强的研究,对钯基催化剂的持续开发具有实际应用意义。

关键词:甲酸;燃料电池;Pd 催化剂;碳载体中图分类号:O643.36文献标识码:A文章编号:1006-4990(2021)05-0033-06Research progress on application of palladium ⁃based catalyst in electrooxidation of formic acidChen Shaofeng 1,Hou Lanfeng 1,Liao Shijun 2(1.Department of Chemical Engineering ,Maoming Polytechnic ,Maoming 525000,China ;2.School of Chemistry and Engineering ,South China University of Technology )Abstract :Formic acid is a promising material for chemical hydrogen storage ,which can be used as direct fuel for cryogenicliquid fuel cell.As anode materials for direct formic acid fuel cell (DFAFC ),Pd-based catalysts have good catalytic activityfor formic acid oxidation ,which can overcome the poisoning of CO and carry out via direct route of the electrochemical oxida⁃tion of formic acid.Reducing noble metal content ,improving catalytic activity and stability are the main directions in the re⁃search field of Pd-based catalytic materials.The electrooxidation and catalytic mechanism of Pd-based catalyst for formic acid at present was mainly introduced.The preparation of Pd alloy catalyst ,the control of special morphology and the en⁃hancement of carbon loading on formic acid oxidation activity in recent five years were reviewed.It has practical significancefor the continuous development of Pd-based catalyst.Key words :formic acid ;fuel cell ;palladium catalyst ;carbon loading当前,人类社会所依赖的化石能源是不可再生能源,但是化石燃料采量降低、储量减少和日益严重的环境污染等问题正阻碍社会经济的发展。

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