2010年第4季度评述
 
近期贵金属科技研究方面的热点动态
(2010年第四季度评述)
 
新近的研究热点:燃料电池催化剂电池测试装置研究状况
能源短缺、能源消费结构单一、环境污染严重,已经成为当今社会面临的重大问题。研究洁净、高效、低成本的氢燃料电池发电技术以及配套的天然气制氢技术,对改善能源结构、提高能源利用率、缓解环境污染具有积极的意义。直接甲醇燃料电池(简称DMFC)以其高效、高能量密度、低排放和燃料储运及补充方便等特点被认为是适应未来能源和环境要求的理想动力电源和便携式电源,所以DMFC的开发研究成为能源界研究的热点.通过近二十年的研究,DMFC发电技术已经取得了重大进展,但是,其商业化还有一些关键技术需要解决,如高效、价廉的燃料电池催化剂制备,高质子导电且能阻止甲醇透过的膜。催化剂的单电池测试对开发新型催化剂无疑至关重要。
 燃料电池是21世纪的最为重要的能源动力之一。低温燃料电池更是燃料电池优先发展的类型,其中直接甲醇燃料电池、直接乙醇燃料电池、直接甲酸燃料电池等由于在大型动力电源和便携式电源领域均具有良好的应用前景而发展迅猛。电催化剂是低温燃料电池的关键材料之一,目前主要采用Pt/C及PtRu/C作为低温燃料电池催化剂,由于铂资源匮乏,催化剂材料昂贵,且Pt/C 催化剂易为CO中毒等,以至于限制了燃料电池的发展和大规模应用。
 针对上述问题,主要进行了两方面的研究。(一)铂催化剂的改进:如,1改进Pt/C催化剂的制备技术,提高Pt的利用率、降低Pt的用量。加拿大Ballard公司的新工艺使PEMFC电极Pt担载量降至0.02 mg/cm2。2添加一种或几种亲氧合金元素,提高催化剂抗CO中毒的能力。尽管PtRu合金催化剂已实际应用,三元合金(如,PtRuW,PtNiW,PtRuNb等)和四元合金(如PtRuSnW等)也已做了很多研究工作。但这些方法难以大量减少铂的用量,发展空间十分有限。(二)新型非铂基催化剂的开发:如,1 ABO3金属氧化物催化剂作为甲醇氧化的催化剂。2大环有机金属螯合物催化剂:如含有Fe,Co,Ni,Mn的酞菁或卟啉络合物具有优良的电催化性能,有作为电池催化剂的潜能。
清华大学申请的中国专利:CN02253098.3,公开了一种燃料电池汽车发动机的动力性测试装置,属于车用发动机性能测试技术领域。 该测试装置包括与燃料电池发动机的电能输出端相连的逆变器和与该逆变器相匹配的电机以及测功机,将燃料电池发动机的电能通过DC/DC或DC/AC逆变器,经电机转换为机械能,然后再利用测功机测试其转矩和功率,因此,其测试结果更能直观反映车用发动机的动力性,与汽车上实际的动力性能更为接近。
李忠芳报道了在新型非铂系、耐甲醇催化剂方面进行了新的尝试.以分子工程原理和模拟生物酶的方法,在研究酶的结构和催化活性中心的基础上,以卟啉、酞菁为模型化合物进行了DMFC催化剂的分子设计.以煤油为溶剂,苯酐-尿素法合成了设计的26种单环和双环聚合的酞菁配合物.利用元素分析、UV-Vis、IR、1HNMR等数据对设计合成的卟啉、酞菁类模型化合物的结构进行了表征.通过TG-DTA研究了配合物的热稳定性和热分解性能.用EPR研究了配合物的顺磁性.利用非水溶液的CV研究了配合物的电化学性质.对合成的模型化合物与活性炭的固载(物理吸附)和固载后催化剂的活化工艺进行了研究.对制备出的催化剂利用RDE进行了电催化活性测试,利用XPS、XRD、SEM和TEM等对催化剂的结构和形态进行了表征.对所制备的催化剂进行了膜电极制备工艺研究.组装了4cm<'2>的DMFC单电池,在80℃下,以2mol/L甲醇水溶液进行了燃料电池性能测试.利用异丙醇、乙醇、乙二醇为燃料研究了直接醇类燃料电池的性能,并对影响电池性能的诸因素进行了探讨.采用收集电池阴极尾气利用气相色谱进行定性、定量检测的方法探讨了催化剂耐甲醇性能(李忠芳.模拟生物酶直接甲醇燃料电池催化剂制备及膜电极性能研究.2003.p.1-160.博士.天津大学.导师姓名:王宇新.化学工程)。
胜光科技股份有限公司 200520000755.8,实用新型是一种用于燃料电池的模块化测试装置。电池板至少包 含燃料电池其通过电化学反应生成电力。感测单元设置于电池单元上,以及产生电池单元在电化学反应时的各项感测讯号。电源供应器输出电 力至模块化测试装置中需要电力供应的各个组件。致动单元推动燃料在 电池板中流动,以及辅助电池板来顺利进行电化学反应。监控单元包含至少一个以上的集成电路,以及连接这些集成电路的电气回路,其皆设 置于一电路板上,来进行逻辑判断以及数据及/或讯号的输出与输入,以 及电气性连接电池板、电源供应器、致动单元、电子数据处理机。
许乐波等报道了质子交换膜(PEM)是直接甲醇燃料电池(DMFC)的核心部件,而PEM的电导率和阻醇性能是决定PEM乃至DMFC性能的关键因素.采用自行建立的改进型交流两电极法测量磺化聚醚醚酮(SPEEK)材料PEM的电导率,采用扩散池和折光仪测试PEM甲醇透过性能.结果表明,这些测试装置简易可靠,数据重现性较好,膜的电导率测试对30℃至90℃之间不同的测试温度条件灵敏度较高,膜的电导率和甲醇透过性能测试对不同成膜材料和制膜溶剂均具有较高的分辨率(许乐波等.燃料电池质子交换膜电导与阻醇性能测试方法研究.上海大学材料科学与工程学院.上海大学材料科学与工程学院.理化检验-物理分册.vol.42.2006.no.4.P.180-183).
 
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