汪艳林
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程庆庆
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袁婷
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周毅
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张海峰
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邹志青
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方建慧
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杨辉
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61077-4
直接甲醇燃料电池(DMFC)具有能量密度高、无需充电、液体燃料添加便捷及环境友好等优点，是新一代便携式移动电源研究热点. DMFC规模应用的主要技术挑战是如何进一步提高电池性能、显著降低成本和可靠延长寿命.催化电极作为 DMFC发电核心和成本的集中体现，其电催化活性和贵金属用量直接影响 DMFC的性能和成本，开发高性能、低成本的催化电极对推进 DMFC实用化进程具有重要意义.特别是在被动式 DMFC中，阴极催化电极不仅需要提高电催化活性和大幅降低贵金属用量，而且还面临内部严重的“水淹”和氧传质受限等问题.近年来，随着纳米技术发展，有序纳米结构已逐渐应用于 DMFC催化电极的构筑中，电池性能得到显著提高.然而，目前的研究主要集中在膜电极纳米有序微孔层、纳米有序改性膜和纳米有序阳极催化电极及其阳极贵金属载量降低等方面，关于阴极催化电极在有序纳米结构以及载量降低等方面的研究相对较少.
本文采用模板法直接在微孔层上电沉积定向生长排列有序、直径可控的铂纳米棒阵列，并作为阴极催化电极应用于被动式 DMFC. X射线衍射和透射电镜结果表明，该铂纳米棒结构稳定，表面含有丰富的纳米晶须结构，有利于催化电极比表面积增加和电催化活性提高.不同催化电极上氧还原的极化曲线表明电极性能依下列次序变化：直径为200 nm铂纳米棒阵列电极>100 nm铂纳米棒阵列电极>商业化铂黑催化电极.电池性能表征表明，长度为1–3μm、直径分别为200和100 nm、载量为1.0 mg/cm2的铂纳米棒阵列作为阴极催化电极的 DMFC最大功率密度分别为17.3和12.0 mW/cm2.通过催化电极电化学活性面积和阻抗测试，分析其性能提高的原因可归结于有序排列的铂纳米棒阵列结构提高了电化学活性面积、增强了氧还原电催化活性并促进了阴极氧的传质.
关键词:
催化电极
,
有序纳米棒
,
催化剂利用
,
直接甲醇燃料电池
徐明媛
,
丁旵明
,
袁婷
,
曹剑瑜
,
邹志青
,
夏保佳
,
杨辉
应用化学
doi:10.3969/j.issn.1000-0518.2009.02.003
通过调控2种碳材料科琴黑[Ketjen Black EC-600JD(KB)]和黑珍珠[Black Pearls 2000(BP)]的比例,优化了室温下空气"自呼吸"式直接甲醇燃料电池膜电极集合体阴极微孔扩散层的孔结构,提高了氧气在阴极的传质,避免了液态水在阴极的累积.实验结果表明,阴极微孔扩散层中BP的添加对电池性能有较大的影响. 当阴极微孔扩散层中的KB和BP碳材料以质量比9∶ 1混合时, 25 ℃、空气"自呼吸"条件下,直接甲醇燃料电池的最大功率密度达20.8×10-3 W/cm2,电池具有好的稳定性. 高的功率密度和好的稳定性可归属于少量BP的添加改善了阴极微孔扩散层的孔结构.
关键词:
直接甲醇燃料电池
,
空气"自呼吸"
,
阴极微孔层
,
阴极水管理
,
膜电极集合体
王胜军
,
陈吉
,
邹志青
功能材料与器件学报
doi:10.3969/j.issn.1007-4252.2011.05.010
流场结构对微型直接甲醇燃料电池(μDMFC)的性能有着重要的影响,尤其表现在影响燃料供应和温度分布上.本文运用计算流体动力学(CFD)的方法,分析和比较了双蛇形和平行流场结构中流速、温度等分布情况.模拟结果表明双蛇形流场结构比平行流场结构显示出更优的流速分布和更均匀的温度分布.采用微机电系统(MEMS)技术,在N型单晶硅片上制作出流场结构,并组装成电池进行测试.实验结果表明:当温度为25℃,进口流速为0.01 m s-1时,由双蛇形流场结构制作的单电池功率密度达到了34.2 mWcm-2.
关键词:
直接甲醇燃料电池
,
流场结构
,
MEMS技术
,
CFD
,
温度分布
