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质子交换膜燃料电池Pt/C阴极氧还原动力学模拟 被引量:3
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作者 李赏 周芬 +1 位作者 陈磊 潘牧 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期129-134,共6页
质子交换膜燃料电池的商业化应用迫切要求降低其Pt载量.本文通过Pt/C氧还原电极的动力学模型计算,研究了Pt/C电极中的氧分布、生成电流以及满足实际应用的最小Pt载量.结果表明,燃料电池Pt/C电极,阴极产生严重浓差极化的催化层厚度为40... 质子交换膜燃料电池的商业化应用迫切要求降低其Pt载量.本文通过Pt/C氧还原电极的动力学模型计算,研究了Pt/C电极中的氧分布、生成电流以及满足实际应用的最小Pt载量.结果表明,燃料电池Pt/C电极,阴极产生严重浓差极化的催化层厚度为40μm;功率密度达到1.4 W·cm^(-2)(2.1 A·cm^(-2)@0.67 V)的电池性能需要3μm左右的Pt/C阴极催化层,阴极Pt载量为0.122 mg·cm^(-2),即可使膜电极的阴极铂用量低于0.087 g·k W-1. 展开更多
关键词 PT/C电极 氧还原 传质 Pt载量 燃料电池
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织构气体扩散层表面氢氧燃料电池阴极超低Pt载量催化层的磁控溅射法制备 被引量:2
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作者 刘家明 傅凯林 +2 位作者 张泽 郭伟 潘牧 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期542-547,共6页
采用磁控溅射技术在具有织构结构的气体扩散层(GDL)表面制备了可应用于氢氧质子交换膜燃料电池的超低Pt载量阴极催化层,并通过SEM、轮廓仪和XRD等测试方法表征了GDL及其载Pt后的形貌和物相,利用XPS分析溅射Pt的化学价态,使用电池测试台... 采用磁控溅射技术在具有织构结构的气体扩散层(GDL)表面制备了可应用于氢氧质子交换膜燃料电池的超低Pt载量阴极催化层,并通过SEM、轮廓仪和XRD等测试方法表征了GDL及其载Pt后的形貌和物相,利用XPS分析溅射Pt的化学价态,使用电池测试台表征其电池性能.测试结果表明,磁控溅射法在GDL表面沉积的Pt催化层载量可控且分布均匀;与商业GDL对比,Pt在织构GDL表面具有更大的可附着面积.电池性能测试结果显示,当Pt载量为0. 04 mg/cm^2时,以织构GDL作基材的样品质量比功率高达26. 25k W/g Pt,远大于商业GDL作基材时的17. 76 k W/g Pt,也大于同等Pt载量下商业Pt/C催化剂的24. 00k W/g Pt. 展开更多
关键词 磁控溅射 氢氧质子交换膜燃料电池 超低铂载量 织构气体扩散层
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石墨烯负载Fe-N/C复合型氧还原催化剂 被引量:3
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作者 李赏 李沛 +2 位作者 赵伟 康欢 潘牧 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1737-1742,共6页
采用浸渍法,以聚吡咯为配体,在合成过程中掺入氧化石墨烯,制备了具有三明治结构的NG/Fe-N/C复合型催化剂,通过石墨烯和Fe-N/C之间的协同效应,提高了复合型催化剂的氧还原活性和耐久性能.采用XRD,SEM,TEM和XPS等方法对催化剂的化学成分... 采用浸渍法,以聚吡咯为配体,在合成过程中掺入氧化石墨烯,制备了具有三明治结构的NG/Fe-N/C复合型催化剂,通过石墨烯和Fe-N/C之间的协同效应,提高了复合型催化剂的氧还原活性和耐久性能.采用XRD,SEM,TEM和XPS等方法对催化剂的化学成分、物理结构和形貌进行了表征.结果表明,当氧化石墨烯的掺入质量分数为25%,热处理温度为800℃时,催化剂具有最佳氧还原活性.循环伏安加速测试表明,NG/Fe-N/C-25催化剂稳定性优于商业20%Pt/C催化剂.NG/Fe-N/C-25催化剂的氮含量为5.17%,其中,石墨氮和吡啶氮的含量分别占44.35%和32.66%,较高的石墨氮和吡啶氮含量使催化剂具有优良的氧还原反应(ORR)催化活性和稳定性. 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 聚吡咯 掺氮石墨烯 氧还原反应 稳定性 三明治结构NG/Fe-N/C催化剂
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Fe-N_x/C电催化剂的氧还原性能及配体结构对催化活性的影响 被引量:6
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作者 李赏 朱广文 +3 位作者 陈锐鑫 王家堂 赵伟 潘牧 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1782-1787,共6页
以2,6-二氨基嘌呤(Hdap)为配体合成了Fe-Nx/C氧还原催化剂,并优化了热处理温度和Fe含量.对催化剂组成和结构进行了表征,分析了配体Hdap在热处理过程中随温度的变化情况,通过循环伏安法和线性扫描伏安法测试了催化剂的氧还原催化性能.结... 以2,6-二氨基嘌呤(Hdap)为配体合成了Fe-Nx/C氧还原催化剂,并优化了热处理温度和Fe含量.对催化剂组成和结构进行了表征,分析了配体Hdap在热处理过程中随温度的变化情况,通过循环伏安法和线性扫描伏安法测试了催化剂的氧还原催化性能.结果表明,热处理温度为800℃,Fe质量分数为5%时,催化剂活性最高.吡啶N含量较高的配体有利于提高催化剂的活性,配体中含S元素会增加催化剂的活性. 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 2 6-二氨基嘌呤 Fe-Nx/C电催化剂 氧还原活性
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Fe基有序介孔碳催化剂的制备及其氧还原性能
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作者 李赏 田青 +2 位作者 康欢 王家堂 潘牧 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期1675-1678,1681,共5页
采用乙醇挥发自组装法,以F127为模版,甲阶酚醛树脂为碳源,NH3为氮源合成了有序多级孔的掺氮Fe基非贵金属催化剂。利用TEM,BET,XPS、LSV等方法对催化剂的成分、形貌和氧还原性能进行了表征。结果表明当Fe与苯酚的摩尔比为0.1时,得到的Fe0... 采用乙醇挥发自组装法,以F127为模版,甲阶酚醛树脂为碳源,NH3为氮源合成了有序多级孔的掺氮Fe基非贵金属催化剂。利用TEM,BET,XPS、LSV等方法对催化剂的成分、形貌和氧还原性能进行了表征。结果表明当Fe与苯酚的摩尔比为0.1时,得到的Fe0.1-N-OMC催化剂氧还原催化活性最好,在酸性溶液中,起始电位达到0.82 V(vs.RHE),半坡电势为0.73 V(vs.RHE),催化剂的有序介孔结构提高了催化剂的比表面积,最高可达1 218 m2/g。使有序介孔Fe基催化剂表现了优良的氧还原催化性能和稳定性。催化剂经过石墨化和氮气热处理后,氧还原性能变化规律和催化剂中吡啶氮的含量一致。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 非贵金属催化剂 有序介孔 氧还原反应
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测试方法对PEMFC膜电极耐久性的影响 被引量:5
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作者 王志昌 李赏 +2 位作者 刘畅 郭伟 潘牧 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期1685-1689,共5页
质子交换膜燃料电池(PEMFC)的耐久性差阻碍了其商业化应用,耐久性的快速评价成为了研究热点。比较了变载循环法和循环伏安法两种测试方法对PEMFC膜电极耐久性的影响。研究了变载循环法测试过程中的变载速度和加湿度对膜电极寿命的影响... 质子交换膜燃料电池(PEMFC)的耐久性差阻碍了其商业化应用,耐久性的快速评价成为了研究热点。比较了变载循环法和循环伏安法两种测试方法对PEMFC膜电极耐久性的影响。研究了变载循环法测试过程中的变载速度和加湿度对膜电极寿命的影响。结果表明,加湿度70%/70%、变载速度66.67 m A/(cm2·s)时,320个变载循环后,800 m A/cm2时,电压下降6.17%。循环伏安法能引起电池性能更大幅度的衰减,相同测试时间后,800 m A/cm2时,电压下降23.30%。循环伏安法中1.0 V以上的高电压引起的碳腐蚀是电池性能加速衰减的主要原因。在相同的加湿条件下,电池电压的衰减随着变载速度的增大而增大。在相同的变载速度下,加湿度低至25%/25%时,电池的衰减增大。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 耐久性 变载循环 循环伏安 碳腐蚀
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自组装合成Fe-N-C-PANI有序介孔结构催化剂及其在酸性条件下的氧还原活性 被引量:2
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作者 康欢 李赏 +2 位作者 刘畅 郭伟 潘牧 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期1423-1430,共8页
采用乙醇挥发自组装法,以F127为模版,甲阶酚醛树脂为碳源,聚苯胺为配体,加入硝酸铁和硅酸盐,制备了有序多级孔的Fe-N-C-PANI催化剂.催化剂的成分和形貌表征结果表明,在热处理温度为800℃时,有序介孔的结构最清晰,拥有整齐的孔道和最高... 采用乙醇挥发自组装法,以F127为模版,甲阶酚醛树脂为碳源,聚苯胺为配体,加入硝酸铁和硅酸盐,制备了有序多级孔的Fe-N-C-PANI催化剂.催化剂的成分和形貌表征结果表明,在热处理温度为800℃时,有序介孔的结构最清晰,拥有整齐的孔道和最高的比表面积(1007 m^2/g);XPS分析结果表明,吡啶氮原子和石墨氮原子含量(摩尔分数)为3.86%.热处理温度升高过程中Fe(Ⅲ)被还原,向单质Fe转化,并促进了N的掺杂,使碳化铁转化为Fe-Nx活性位点,提高了催化剂的氧还原反应(ORR)催化活性,热处理温度达到900℃时,过多的单质铁使其氧还原活性下降.在酸性溶液中,Fe-N-C-PANI-800催化剂的起始电位可达0.89 V,半波电势为0.81 V.有序介孔结构使催化剂更易石墨化,提高了材料的稳定性. 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 非贵金属催化剂 有序介孔 氧化还原
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低铂膜电极结构优化途径 被引量:2
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作者 饶妍 李赏 +5 位作者 周芬 田甜 钟青 宛朝辉 谭金婷 潘牧 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期677-686,共10页
膜电极是质子交换膜燃料电池的核心组件,长期以来,在衣院士的指导下,我国高度重视膜电极技术的开发.目前,燃料电池的研发和产业化进入了一个新的时代,对膜电极提出来更高的要求,特别是在降低铂载量方面,提出了0.125 mg·W-1的挑战... 膜电极是质子交换膜燃料电池的核心组件,长期以来,在衣院士的指导下,我国高度重视膜电极技术的开发.目前,燃料电池的研发和产业化进入了一个新的时代,对膜电极提出来更高的要求,特别是在降低铂载量方面,提出了0.125 mg·W-1的挑战性指标.本文从活化极化、欧姆极化和传质极化三个方面分析了低铂载量情况下电池性能下降的原因,提出应重点关注催化剂在燃料电池工作区间(0.6 V~0.8 V)的催化活性,并讨论了用电荷传输阻抗作为催化剂活性指示符的合理性.从优化潜力来说,传质极化优化>活化极化优化>欧姆极化优化.催化层结构优化是实现低铂目标的关键,重点是解决离子聚合物(ionomer)传递质子和阻碍气体的矛盾. 展开更多
关键词 膜电极 Pt载量 极化过电位 电荷传输阻抗 催化层结构
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