一体式再生燃料电池双功能氧电极高分散工艺研究

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作者 张忠豪 邱殿凯 +1 位作者 彭林法 易培云 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1417-1426,共10页

一体式再生燃料电池(PEM-URFC)将燃料电池和电解池融为一体,正向耗氢发电,反向电解产氢,是理想的储能装置。双功能氧电极(BOE)是承担氧还原反应与析氧反应的核心场所,通常由Pt和IrO_(2)两种材料混合制备而成。制备BOE的浆料难分散,导致... 一体式再生燃料电池(PEM-URFC)将燃料电池和电解池融为一体,正向耗氢发电,反向电解产氢,是理想的储能装置。双功能氧电极(BOE)是承担氧还原反应与析氧反应的核心场所,通常由Pt和IrO_(2)两种材料混合制备而成。制备BOE的浆料难分散,导致催化剂利用率低、耐久性差。为了克服上述难题,本研究通过结合巯基-聚乙二醇-羧基稳定剂与间隔超声分散工艺的方法,提升了Pt-IrO_(2)浆料的分散效果和稳定性,并在此基础上制备了高分散的BOE。实验结果表明,本研究所制备的BOE富含纳米级孔,相较于通过持续超声分散工艺制备的BOE,催化剂利用率更高。极化性能测试结果表明,由本研究制备BOE所组装的PEM-URFC在0.5 A/cm^(2)工作条件下双向效率最高可达51.12%,比由持续超声分散工艺制备BOE所组装PEM-URFC的双向效率高9%;此外,在3000次加速实验后,由本研究制备BOE所组装的PEM-URFC双向效率仅衰减0.249%,低于由持续超声分散工艺制备BOE所组装PEM-URFC的1.675%。本工作所提出的结合稳定剂与间隔超声分散工艺提升分散效果的方法,对优化双功能电极的制备工艺具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 一体式再生燃料电池 双功能氧电极 稳定剂 间隔超声分散工艺

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一体式再生燃料电池双效膜电极的研究 被引量：4

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作者 张新荣 童莉 +3 位作者 孙毅 王涛 张伟 刘向 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第9期915-918,共4页

对一体式再生燃料电池双效膜电极进行研究,重点考查了膜电极制备工艺、双效电极催化剂和扩散层材料的影响,并用(SEM)对膜电极表面结构进行表征。结果表明:采用CCM工艺制备的双效复合膜电极表现出优异的燃料电池和水电解双功能特性以及... 对一体式再生燃料电池双效膜电极进行研究,重点考查了膜电极制备工艺、双效电极催化剂和扩散层材料的影响,并用(SEM)对膜电极表面结构进行表征。结果表明:采用CCM工艺制备的双效复合膜电极表现出优异的燃料电池和水电解双功能特性以及循环稳定性,在燃料电池模式运行时,工作电压为0.708 V@1 000 mA/cm2;水电解模式运行时,工作电压为1.623 V@1 000 mA/cm2,URFC循环运行100 h,电池表现出良好的稳定性。膜电极表面结构和极化特性分析表明:CCM膜电极制备工艺实现了催化层和质子交换膜的一体化,改善了电极与质子交换膜界面稳定性,提高了膜电极的电性能和循环稳定性。IrO2扩散层提高了膜电极在高电解电位下的耐蚀性能,促进了膜电极在循环运行中的稳定性。 展开更多

关键词 一体式再生燃料电池 双效膜电极 双效电催化剂 耐腐蚀扩散层

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百瓦级一体式再生燃料电池堆研究 被引量：2

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作者 张新荣 张伟 +3 位作者 王涛 王晓锐 刘向 孙毅 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2011年第7期795-798,共4页

对百瓦级一体式再生燃料电池堆(URFC)的电性能和燃料电池(FC)/水电解(W E)双模式循环稳定性进行测试研究。所研制的百瓦级URFC电池堆双模式工作电性能优良,循环性能稳定。燃料电池模式工作条件下:电流密度为500 mA/cm 2时,单体电池平均... 对百瓦级一体式再生燃料电池堆(URFC)的电性能和燃料电池(FC)/水电解(W E)双模式循环稳定性进行测试研究。所研制的百瓦级URFC电池堆双模式工作电性能优良,循环性能稳定。燃料电池模式工作条件下:电流密度为500 mA/cm 2时,单体电池平均工作电压0.789 V,输出功率236 W;电流密度为1 000 mA/cm 2时,单体电池平均工作电压0.681 V,输出功率409 W。水电解模式工作条件下:电流密度为1 000 mA/cm 2时,单体电池平均工作电压1.628V,产生标准状态下氢气的耗能量为4.26 kW h/m 3。电流密度为500 mA/cm 2时,URFC电池堆充放电循环电压效率为51.5%。单体电池电压方差和计算结果表明,在工作电流密度0～400 mA/cm 2的窗口区间内,单体电池电压具有相对最好的均匀一致性。在100 h/20次的FC/WE双模式循环试验中,URFC电池堆性能衰减平均为1.70%。 展开更多

关键词 一体式再生燃料电池堆 质子交换膜 FC/WE双模式工作 性能

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带有支撑层的一体式再生燃料电池新结构及性能分析 被引量：2

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作者 刘洋 邱殿凯 +1 位作者 彭林法 林赫 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期111-119,共9页

针对一体式再生燃料电池(URFC)双向性能低的问题,以多孔传输层(PTL)与催化剂涂覆膜(CCM)之间界面接触为切入点,提出一种包含支撑层的新型URFC结构,并对PTL结构参数进行优化。通过极化曲线和电化学阻抗谱分析了不同结构URFC的性能。实验... 针对一体式再生燃料电池(URFC)双向性能低的问题,以多孔传输层(PTL)与催化剂涂覆膜(CCM)之间界面接触为切入点,提出一种包含支撑层的新型URFC结构,并对PTL结构参数进行优化。通过极化曲线和电化学阻抗谱分析了不同结构URFC的性能。实验发现:钛毡纤维结构细密化有利于提升URFC双向性能,当电流密度为1.5 A/cm 2时,带有支撑层的URFC相比传统URFC,在燃料电池模式下电压上升了69 mV,在电解槽模式下电压下降了12 mV;新结构URFC具有更小的接触阻抗及质子传输阻抗,比燃料电池模式的高频阻抗下降了16.2%。压敏纸实验和电镜测试表明,支撑层可以使催化层与PTL之间的宏观接触应力分布更加均匀,改善了钛纤维与催化层之间界面的微观接触状态,有利于提高电子传输效率及反应动力。研究可为一体式再生燃料电池结构设计及优化提供参考。 展开更多

关键词 一体式再生燃料电池 结构设计 多孔传输层 支撑层

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一体式再生燃料电池性能 被引量：1

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作者 张新荣 王涛 +3 位作者 张伟 刘向 孙毅 王东 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期734-738,共5页

报道了反应条件对一体式再生燃料电池单体电池性能的影响,并对单体电池的极化特性和循环稳定性进行测试。结果表明:URFC单体电池表现出优异的电性能和良好的循环稳定性。双模式工作条件下,反应温度控制在60～70℃比较合适。在燃料电池... 报道了反应条件对一体式再生燃料电池单体电池性能的影响,并对单体电池的极化特性和循环稳定性进行测试。结果表明:URFC单体电池表现出优异的电性能和良好的循环稳定性。双模式工作条件下,反应温度控制在60～70℃比较合适。在燃料电池模式下,提高氧气压力可以更显著的提高电池性能;在氢气相对湿度为100%条件下,氧气相对湿度对电池性能影响不大,当电流密度大于500 mA/cm2时,采用干态氧气和相对湿度为100%氧气时,电池性能趋于一致。 展开更多

关键词 一体式再生燃料电池 反应条件 FC/WE双模式工作 性能

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一体式再生燃料电池温度和热流密度非原位同步测量 被引量：2

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作者 罗潇 刘佳兴 +2 位作者 郭航 叶芳 马重芳 《新能源进展》 2018年第3期175-180,共6页

一体式再生燃料电池的热流密度和温度分布的研究对电池热管理具有重要的意义。本文将自制的薄膜传感器植入一体式再生燃料电池中,进行非原位实验研究。在给定不同气体预热温度下,测量了一体式再生燃料电池内部热流密度和局部温度,并根... 一体式再生燃料电池的热流密度和温度分布的研究对电池热管理具有重要的意义。本文将自制的薄膜传感器植入一体式再生燃料电池中,进行非原位实验研究。在给定不同气体预热温度下,测量了一体式再生燃料电池内部热流密度和局部温度,并根据已得到的温度和热流密度计算出局部表面传热系数。结果表明,在不同的气体预热温度下,流道内气体的温度和气体扩散层表面的温差维持在3℃左右。气体扩散层表面的热流密度整体呈现出下降的趋势。靠近加热棒处的温度最高,但热流密度最低。相同的气体预热温度下,流道内气体和气体扩散层表面的温差对换热量的影响要大于温度梯度的影响;气体预热温度的上升对表面传热系数h的影响不大。30℃时,表面传热系数h值在450~750 W/(m2·K)之间。40℃时,表面传热系数h在450~650 W/(m2·K)之间。 展开更多

关键词 一体式再生燃料电池 薄膜传感器 非原位实验 温度 热流密度

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一体式再生燃料电池的性能衰减研究 被引量：4

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作者 李平安 邱殿凯 +1 位作者 沈水云 彭林法 《电源技术》 CAS 北大核心 2021年第6期749-752,796,共5页

一体式再生燃料电池(URFC)的性能衰减问题是阻碍其应用的瓶颈,有必要探明其衰减机理。通过发电-电解模式循环实验对URFC进行了耐久性测试,通过电化学阻抗谱和微观物理表征方法分析了URFC性能衰减的原因。分析发现:电解模式下URFC性能衰... 一体式再生燃料电池(URFC)的性能衰减问题是阻碍其应用的瓶颈,有必要探明其衰减机理。通过发电-电解模式循环实验对URFC进行了耐久性测试,通过电化学阻抗谱和微观物理表征方法分析了URFC性能衰减的原因。分析发现:电解模式下URFC性能衰减更加显著,电化学阻抗谱测试结果表明电池性能的衰减主要源于电荷转移阻抗的增大,占电池总阻抗增大的85%以上。膜电极元素观测结果表明:催化剂Ir和Pt元素的相对质量分数分别减少了24.46%和7.66%,进一步证实了Ir和Pt元素的溶解和团聚造成催化层活性降低是导致URFC性能衰减的主要原因。这为揭示URFC衰减机制提供了研究基础,并对减缓URFC性能衰减提供指导。 展开更多

关键词 一体式再生燃料电池 循环实验 电化学阻抗谱 性能衰减

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基于一体式再生燃料电池的并网型微电网系统建模及分析 被引量：3

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作者 颜玉林 张籍 +5 位作者 刘洋 郭文瑞 李平安 迟赫天 杨萌 邱殿凯 《广东电力》 2023年第9期43-50,共8页

一体式再生燃料电池(unitized regenerative fuel cell,URFC)是一种集成了燃料电池发电与电解水制氢于一体的电化学装置,与风力、光伏发电相结合后,在并网型微电网系统中具有广阔的应用前景。为此,提出结合URFC、风电机组、光伏机组和... 一体式再生燃料电池(unitized regenerative fuel cell,URFC)是一种集成了燃料电池发电与电解水制氢于一体的电化学装置,与风力、光伏发电相结合后,在并网型微电网系统中具有广阔的应用前景。为此,提出结合URFC、风电机组、光伏机组和传统电网的并网型微电网系统模型,并采用净现值作为衡量系统投资合理性的经济指标。以湖北地区某工业园区为研究对象,提出氢电供应因子用于协调并网型微电网系统的能源调度,并通过粒子群优化算法对系统进行设备容量优化和投资评估。结果表明:并网型微电网系统存在最优系统容量配置,当氢电供应因子为0.8时,微电网系统的净现值为最大值,具有良好的投资可行性。 展开更多

关键词 绿氢 一体式再生燃料电池 并网型微电网系统 净现值 系统容量

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一体式再生燃料电池双效氧电极催化剂

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作者 张新荣 张建琴 +3 位作者 朱荣杰 孙毅 张伟 刘向 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期2896-2900,共5页

对一体式可再生燃料电池双效氧电极催化剂进行研究，考察了析氧催化剂和贵金属Pt黑组成的复合催化剂的双效性能以及催化剂配比和焙烧温度对性能的影响，用XRD对催化剂的物相特性进行表征。结果表明：复合催化剂的燃料电池性能按以下顺... 对一体式可再生燃料电池双效氧电极催化剂进行研究，考察了析氧催化剂和贵金属Pt黑组成的复合催化剂的双效性能以及催化剂配比和焙烧温度对性能的影响，用XRD对催化剂的物相特性进行表征。结果表明：复合催化剂的燃料电池性能按以下顺序递减：Pt黑＞Pt/Ru/Ir＞Pt/Ru＞Pt/IrO2～Pt/Ir＞Pt/RuO2；水电解性能按以下顺序递减：Pt/IrO2＞Pt/RuO2＞Pt/Ir＞Pt 黑。分析比较，Pt/IrO2复合催化剂表现出良好的燃料电池/水电解双功能特性以及循环稳定性，具有最佳的 URFC 能量转换效率。因此，Pt/IrO2复合催化剂是最适宜的双效氧电极催化剂。一定温度范围内的焙烧处理对 Pt/IrO2催化剂燃料电池性能影响不大，而对水电解性能具有一定的影响，大电流密度运行，未焙烧处理的Pt/IrO2催化剂表现出更好的水电解性能。 展开更多

关键词 一体式可再生燃料电池 双效电催化剂 PT IrO2复合催化剂

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一体式可再生燃料电池用新型膜电极三合一

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作者 马海鹏 张华民 +1 位作者 刘波 张益宁 《华南师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2009年第A01期46-47,共2页

介绍了大连化物所一体式可再生燃料电池新型膜电极三合一的研究进展,包括非碳担载双功能电催化剂、"内嵌式"膜电极、非碳材质扩散层.结果表明新型膜电极三合一明显提高了一体式可再生燃料电池的性能和循环寿命.

关键词 一体式可再生燃料电池 膜电极三合一

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一体式可再生燃料电池膜电极和流场研究 被引量：1

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作者 李斯琳 隋升 史惟澄 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2011年第10期1235-1239,共5页

一体式可再生燃料电池(URFC)对质量限制场合有着十分重要意义。膜电极(MEA)和流场构型是影响URFC性能的主要因素,为此研究了氧电极中Pt和Ir催化剂比例和两种流场构型,以及电池工作温度。通过电池双模式循环工作效率来评价膜电极和流场... 一体式可再生燃料电池(URFC)对质量限制场合有着十分重要意义。膜电极(MEA)和流场构型是影响URFC性能的主要因素,为此研究了氧电极中Pt和Ir催化剂比例和两种流场构型,以及电池工作温度。通过电池双模式循环工作效率来评价膜电极和流场对一体式可再生燃料电池性能的影响。结果表明:最佳催化剂比例是:Pt与Ir质量比3∶1;流场对电池性能影响显著,并且相对于WE模式,在FC模式下影响更大。 展开更多

关键词 一体式可再生燃料电池 膜电极 双效氧电极催化剂 比例 温度 流场

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一体式可再生燃料电池双功能氧催化剂的研究进展 被引量：3

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作者 郑天龙 欧明玉 +3 位作者 徐松 毛信表 王释一 和庆钢 《电化学》 CAS 北大核心 2023年第7期1-15,共15页

双功能氧催化剂的催化活性及稳定性是决定一体式可再生燃料电池能否高效运作的关键因素之一。得益于分别对于氧还原及氧析出反应特定中间产物适当的结合能,铂与铱、钌及其氧化物所制成的贵金属催化剂常被应用于一体式可再生燃料电池中... 双功能氧催化剂的催化活性及稳定性是决定一体式可再生燃料电池能否高效运作的关键因素之一。得益于分别对于氧还原及氧析出反应特定中间产物适当的结合能,铂与铱、钌及其氧化物所制成的贵金属催化剂常被应用于一体式可再生燃料电池中作为双功能氧催化剂。同时,近年来对于非铂族双功能氧催化剂的研究也取得了较大进展。本篇综述从一体式可再生燃料电池中氧还原及氧析出反应的作用机理出发,首先着重对传统铂基双功能催化剂的构效关系进行了总结,其次介绍了钙钛矿型、尖晶石型氧化物、非金属等新型双功能氧催化剂的发展趋势。此外,本文对于该研究领域所存在的限制条件和发展路线也进行了总结与展望。 展开更多

关键词 一体式可再生燃料电池 双功能氧催化剂 氧还原反应 氧析出反应 Pt基电催化剂 非Pt族电催化剂

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