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收稿日期：2021-03-02基金项目：江西省重点研发计划项目（20192BBEL50030）；稀土资源利用国家重点实验室开放课题资助（RERU2021009）；江西省科学院重大项目课题（2020-YZD-3）第一作者：栾超（1998—），男，硕士研究生，主要研究方向为燃料电池交通运输材料。
E-mail ：luanchao1003@ *通信作者：廖梦垠（1987—），女，副研究员，博士，主要研究方向为燃料电池催化材料。
E-mail ：liaomengyin@ 陈泊宏（1986—），女，助理研究员，博士，主要研究方向为燃料电池催化材料。
E-mail ：451315539@摘要：直接甲醇燃料电池由于其高效的能量转化效率、清洁环保、体积小、重量轻、可低温快速启动等优点，在未来将得到广泛应用。
介绍了直接甲醇燃料电池工作原理及核心部件的相关研究进展，包括阳极催化剂、阴极催化剂和膜电极工艺。
阐述了电极催化剂的工作原理，并按负载的活性金属组分的不同，对电极催化剂进行分类总结。
阳极贵金属基催化剂中，Pt 分别与Ru 、Co 、Fe 、Ni 的合金催化剂表现出比纯Pt 催化剂更优越的性能。
阴极贵金属基催化剂中，Pt-Fe 体系催化效果较好。
研究分析表明，贵金属基合金纳米结构均匀分散与载体上，产生更高的电化学活性表面积和更低的电荷转移电阻，催化剂稳定性与催化活性较大提高。
非贵金属基催化剂则是以氧化物及过渡金属为代表取代Pt ，展现较好性能，但还存在催化效率不足的问题。
膜电极工艺流程较为成熟固定，活化工艺及质子交换膜有待深入研究。
关键词：直接甲醇燃料电池；阳极催化剂；阴极催化剂；膜电极工艺中图分类号：TM911.4；TQ035文献标志码：A文章编号：2096－7705（2021）02－0023－07LUAN Chao 1,LIAO Mengyin 1,*,XU Wenyuan 1,CHEN Bohong 2,*,CHEN Xiaoping 2（1.School of Materials Science and Engineering,East China Jiaotong University,Nanchang 330013,China;2.Institute of Energy,Jiangxi Academy of Sciences,Nanchang 330096,China）Direct methanol fuel cell (DMFC)will be widely used in the future due to its high energy conversion efficiency,clean and environmental protection,small size,light weight,low temperature and fast start-up.The working principle of DMFC and the related research progress of its core components were introduced,including anode catalyst,cathode catalyst and membrane electrode technology.The working principle of electrode catalysts was described.According to the different active metal components,the electrode catalysts were classified and summarized.Among the anode noble metal based catalysts,the alloy catalysts of Pt with Ru,Co,Fe and Ni show better performance than pure Pt.Pt-Fe system is the best one among the cathode noble metal based catalysts.The results show that the noble metal based alloy nanostructures are uniformly dispersed on the support,resulting in higher electrochemically active surface area and lower charge transferDOI ：10.16056/j.2096-7705.2021.02.006直接甲醇燃料电池所用催化剂和膜电极工艺研究进展栾超1，廖梦垠1,*，徐文媛1，陈泊宏2,*，陈小平2（1.华东交通大学材料科学与工程学院，南昌330013；2.江西省科学院能源研究所，南昌330096）引言能源一直对世界经济发展和民众生活有着重大的影响，每一次经济爆发式的增长都伴随着技术革新，而每一次的技术革新都带来了能源使用的巨大突破。
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。
直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展
周灵怡;郭士义;龚燕雯
【期刊名称】《发电设备》
【年(卷),期】2018(032)001
【摘要】介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化剂的研究进展,以及在国内外应用情况;介绍了几种常见的催化剂制备方法,同时比较了现有几种常见催化剂载体的性能.结果表明:介孔碳材料作为一种极具潜力的催化剂载体,因其具有独特的介孔结构,有利于反应物和产物的传输,因而可以提高催化剂的利用率和降低催化剂的负载量,从而成为高效催化剂的载体来推动燃料电池的商业化进程.
【总页数】4页(P15-18)
【作者】周灵怡;郭士义;龚燕雯
【作者单位】上海电气电站环保工程有限公司,上海201600;上海电气电站环保工程有限公司,上海201600;上海电气电站环保工程有限公司,上海201600
【正文语种】中文
【中图分类】TM911.4
【相关文献】
1.TiO2纳米材料在直接甲醇燃料电池阳极催化剂中应用的研究进展 [J], 蒋建婷;张文静;王蔚;徐娴;鞠剑峰
2.直接甲醇燃料电池非贵金属阳极催化剂研究进展 [J], 于晓颖;张杰;;
3.直接甲醇燃料电池阳极催化剂的研究进展 [J], 刘洋洋;孙燕芳;靳文;李奎
4.直接甲醇燃料电池及其阳极催化剂的研究进展 [J], 于振振
5.直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究进展 [J], 丁鑫;张栋铭;焦纬洲;刘有智
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《基于多孔石墨烯材料的直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备和性能研究》篇一一、引言随着社会经济的飞速发展，能源短缺与环境污染问题日益突出。
在众多的能源形式中，直接甲醇燃料电池（DMFC）因其高效、清洁和易于存储等优点备受关注。
然而，阳极催化剂是影响DMFC性能的关键因素之一。
本文致力于基于多孔石墨烯材料的DMFC阳极催化剂的制备与性能研究，旨在通过研发高效的催化剂提高DMFC的性能和降低其生产成本。
二、多孔石墨烯材料的制备多孔石墨烯材料以其优异的物理、化学性能，成为阳极催化剂的良好载体。
我们通过一种改良的化学气相沉积法，成功制备出具有丰富孔洞结构、高比表面积和良好导电性的多孔石墨烯材料。
具体步骤如下：1. 选择合适的碳源和催化剂，如甲烷、氢气等；2. 在高温环境下进行化学气相沉积反应，生成碳原子；3. 通过调节反应参数，控制碳原子的沉积速率和位置，形成具有多孔结构的石墨烯层；4. 最后进行高温处理，去除催化剂和其他杂质，得到纯净的多孔石墨烯材料。
三、阳极催化剂的制备基于多孔石墨烯材料的特性，我们采用浸渍法将金属纳米粒子（如铂）负载在多孔石墨烯上，制备出DMFC阳极催化剂。
具体步骤如下：1. 将多孔石墨烯材料浸泡在金属盐溶液中，使金属离子吸附在石墨烯表面；2. 通过热处理或化学还原法使金属离子还原为金属纳米粒子；3. 经过洗涤、干燥等处理，得到负载有金属纳米粒子的多孔石墨烯阳极催化剂。
四、催化剂性能研究我们通过一系列实验和测试，对所制备的阳极催化剂的性能进行了研究。
主要从以下几个方面进行评估：1. 催化活性：通过循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）测试催化剂的电化学性能，包括甲醇氧化反应的起始电位、电流密度等参数；2. 稳定性：通过加速老化试验（AET）测试催化剂在长时间运行过程中的稳定性；3. 抗甲醇渗透性：通过测试电池在不同甲醇浓度下的性能，评估催化剂对甲醇渗透的抵抗能力；4. 物理性能：通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段观察催化剂的形貌、结构及金属纳米粒子的分布情况。
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直接甲醇燃料电池的研究直接甲醇燃料电池是一种在当前能源危机和环境问题日益凸显的背景下备受关注的新型燃料电池技术。
该技术以其高能量密度、低排放、高效转化率等优点，被广泛认为是未来清洁能源和可再生能源发展的重要方向之一。
近年来，直接甲醇燃料电池的研究备受瞩目，吸引了众多科研人员和机构的关注和投入。
本文旨在分析直接甲醇燃料电池的研究现状、存在的问题及未来的发展方向，为相关领域的学者和决策者提供一定的参考和启示。
直接甲醇燃料电池的研究始于上世纪70年代，经过多年的发展，逐渐取得了一系列重要进展。
作为一种将甲醇氧化为二氧化碳和水的高效能源转换技术，直接甲醇燃料电池在能源利用效率、环境友好性等方面具有显著优势。
然而，与传统燃料电池相比，直接甲醇燃料电池在动力性能、稳定性、经济性等方面仍存在一些挑战和问题，亟待进一步深入研究和探索。
近年来，直接甲醇燃料电池的研究重点主要集中在材料的设计与合成、催化剂的开发与改进、电解质的优化与稳定性提升等方面。
在催化剂方面，高效的贵金属合金催化剂的设计与合成成为研究热点，其能够提高甲醇的氧化反应速率、降低起始氧化电压等，从而提高燃料电池的性能。
此外，针对直接甲醇燃料电池在低温下活性不足的问题，研究人员还通过调控催化剂晶体结构、表面活性位点等方法，提高了电催化效率，取得了一些令人振奋的成果。
电解质是直接甲醇燃料电池中一个至关重要的组成部分，直接影响着电池的导电性、稳定性等性能。
为了提高电解质的离子传导性和化学稳定性，研究人员不断探索新型电解质材料，如聚合物电解质、功能化固体氧化物等，并通过优化电解质结构、界面工程等手段，改善了电解质在直接甲醇燃料电池中的应用性能。
除了催化剂和电解质的研究外，直接甲醇燃料电池的研究还涉及到了电极材料、氧化还原反应机理、传质过程等多个方面。
近年来，纳米技术、表面工程、计算模拟等新兴技术手段的应用为直接甲醇燃料电池的研究带来了新的思路和突破口，为电池性能的提升提供了新的途径和可能性。
173中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2018.12 （上）直接甲醇燃料电池（Direct Me thanol Fuel Cell）相对于以富氢气为氢源的质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）有着燃料来源丰富、结构简单、能量密度高、储存携带方便、工作温度低、安全性高、绿色环保等优点，近年来成为研究热点。
贵金属Pt 是直接甲醇燃料电池的阳极催化剂材料，但是Pt 较高的成本严重阻碍DMFC 在工业上的大规模应用。
同时，贵金属催化剂在使用过程中还存在CO 中毒现象，使催化剂的稳定性和寿命下降。
因此，发展非贵金属阳极催化剂具有重要意义。
本论文分类讨论了甲醇电催化氧化的非贵金属催化剂的研究进展。
讨论了它们的结构特点，性能以及存在的挑战。
1 钙钛矿钙钛矿类复合氧化物分为ABO 3和A 2BO 4两种类型，ABO 3型属于六方晶系，A 2BO 4型属于八面体结构。
其中A 通常为Sr,Ba,La,Ce 等稀土或者碱土金属元素。
钙钛矿型氧化物具有良好的电子导电性和抗CO 毒化能力，同时钙钛矿氧化物表面的碱性有助于吸附甲醇分子脱去氢离子，因此钙钛矿类复合氧化物具有作为电催化甲醇氧化催化剂的潜力。
Mehri—Saddat Ekrami —Kakhk 等人通过微波辅助共沉淀法合成了LaFeO 3—CNT(Carbon nanotube,CNT)，其颗粒尺寸约为72nm。
在1 M NaOH 和1.75 M MeOH 的条件下，起始电位是0.565 V vs.SCE。
电流密度随甲醇浓度升高，NaOH 浓度提高而增大。
V.Raghuvee 等人采用高聚物修饰的sol—gel 法制备了A 2BO 4型钙钛矿La1.8Sr0.2CuO 4。
它的粒径为1~14nm。
此方法制备的La1.8Sr0.2CuO 4与传统的固相反应法制得的产物相比，其表面积增大且起始电位负移了0.08V，在0.60V vs. Ag/AgCl 时，测得其电流密度提高了3倍。
但是钙钛矿类复合氧化物在酸性环境中工作效果较差，因而目前此类研究的文献逐年减少。
（如图1）（a）La1.8Sr0.2CuO4的透射电镜照片（b）La1.8Sr0.2CuO4 在1M KOH 中的循环伏安曲线，扫描速度25mV/s 图1 2 过渡金属材料过渡金属催化剂是直接甲醇燃料电池(DMFC)非铂催化剂中重要的一类催化剂可大致分为过渡金属、过渡金属合金以及过渡金属氧化物三大类。
主要涉及的过渡金属元素有Ni，Cu，Zr，Fe，Cr，Mo 等。
过渡金属或合金表面能形成氧化物或氢氧化物钝化膜，使其在电解液中呈现出良好的稳定性，同时过渡金属材料通常具有较低的过电位以及低廉的价格等优点被广泛的研究。
2.1 过渡金属Prabhakarn Arunachalam 等人发现通过乙二醇（EG）和水混合溶剂的微波辅助液相沉淀方法制备镍/镍氧化物（Ni/NiO）纳米粒子催化剂相对于以纯EG 制备的NiO 相比具有更高的比表面积，Ni/NiO 纳米颗粒的平均颗粒尺寸为10~12nm。
Ni/NiO 纳米颗粒的甲醇电氧化活性与在EG 中获得的NiO 纳米颗粒相比，相对于RHE 在1.7V 显示出氧化电流增加超过4倍，与本体镍相比增加20倍。
微波辅助合成法制备的Ni/NiO 纳米粒子因其在碱性溶液中具有优异的甲醇氧化活性而具有大规模应用的潜力。
2.2 过渡金属合金直接甲醇燃料电池阳极非贵金属催化剂的研究进展孙海宙 （浙江 杭州 310000）摘要：直接甲醇燃料电池相对质子交换膜燃料电池具有工作温度低、安全性高等诸多优点，近年来成为研究的热点。
但因其阳极催化剂材料成本较高且抗CO 毒化能力弱等劣势阻碍了直接甲醇燃料电池的大规模工业应用。
因此发展代替贵金属Pt 的阳极催化剂材料十分重要。
本论文旨在介绍直接甲醇燃料电池的阳极非贵金属催化剂的研究进展，并且讨论他们的结构特点、性能以及存在的挑战。
关键词：直接甲醇燃料电池；阳极催化剂；非贵金属中图分类号：O643.36 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2018）12（上）-0173-03174研究与探索Research and Exploration ·探讨与创新中国设备工程 2018.12 (上)2006年C.N.Tharamani 等人使用电沉积法制备了NiCr 合金，该合金具有在硫酸溶液中抗腐蚀能力较强的优点，并且因为Cr 的加入增大了Ni 的相对表面积，故甲醇在其上的氧化峰电流密度高于在纯金属Ni。
F.Shafia Hoor 等人也采用电沉积法制备了Fe—Mo—Pt 合金，该合金对甲醇的电催化活性远高于以同种方法合成的Fe—Mo 合金。
Nasser A.M Barakat 等人在氩气氛围中煅烧由乙酸镍，乙酸钴和聚乙烯醇组成的电纺纳米纤维得到NixCo1—x（x=0.0,0.1,0.3,0.5,0.7,0.9和1.0）合金纳米颗粒被用作甲醇在碱性介质中氧化的电催化剂。
以它为代表的双金属合金相比于各种金属具有优越的物理化学特性。
由于合金协同影响，电流密度和起始电位都明显受到纳米颗粒组分的影响，结果显示 Ni0.5Co0.5合金纳米颗粒掺杂的碳纳米纤维具有240 mA/cm 2和110 mV vs. Ag/AgCl 的电流密度和起始电势。
纳米纤维的一维结构促进了电子转移的，降低了IR 下降同时提高了合金结构的的稳定性，这项研究为新颖而有效的非贵重电催化剂以过渡金属合金和纳米纤维形态开辟了新的途径。
2.3 过渡金属氧化物NiCo 2O 4是一种被广泛研究并报道的过渡金属氧化物材料。
Rui Ding 等人以Co(NO 3)2和Ni(NO 3)2为前驱体，在碱性条件下先后采用水热处理和热处理的方法得到了NiCoO 4催化剂。
在电势为0.6V,甲醇浓度为0.5mol/L 时，由于Co 和Ni 之间的相互作用催化剂的稳定性较高，在1000次循环后电流后衰减约为27%。
Lei Qian 团队通过简单的电沉积方法直接在导电基底例如不锈钢和ITO 上生长不同形貌的NiCo 2O 4纳米结构。
在不锈钢（SS）上生长的NiCo 2O 4具有高比表面积（119m 2g -1）与用相同方法合成的NiO 或Co 3O 4 相比，NiCo 2O 4显示出高的电催化活性：更低的过电势和更高的稳定性。
甲醇氧化过程中不锈钢基体NiCo 2O 4 的Eonset 仅为0.42V，循环1000次后催化剂的电流密度衰减了18%，表明催化剂具备较高的稳定性。
介孔结构的NiCo 2O 4为混合价态氧化物，导电性能良好，而且催化剂与基底之间不存在粘结剂，是不锈钢表面直接生长的NiCo 2O 4，具备较高的甲醇氧化催化活性的原因。
Jeong Gil Seo 等人通过简单且低成本的共沉淀法，直接在镍泡沫（NF）上制得了无粘合剂和无碳尖晶石MgCo 2O 4。
由于MgCo 2O 4的高比表面积和大孔体积，甲醇电氧化具有了更多的活性位点。
通过分析初级生长的纳米棒状结构的形成和作为次生生长的花状结构，不难得出MgCo 2O 4具有较高的比表面积。
因为镁离子和钴离子的协同效应，MgCo 2O 4的电流密度比MgCo 2O 4高并且起始电位更低（在1MKOH 和0.5M 甲醇中MgCo 2O 4/NF 和MgCo 2O 4/NF 电极的电流密度分别为98 A g -1 和 42 A g -1，起始电位分别为0.32和0.45V vs. Ag/AgCl）（如图2）。
大部分的过渡金属氧化物使用简单且成本低廉的共沉淀法来制备，其催化剂与电活性表面积的增加一致。
过渡金属材料对甲醇的催化活性随组成元素不同而异，能与Pt 相媲美的催化剂尚未出现。
3 碳化物高晶体缺陷、细颗粒的碳化钨（WC）以其具有良好的稳定性、抗中毒性能以及类铂的催化活性，在烷烃重整、异构化反应以及析氢反应等方面具有良好的催化活性。
碳化钨因为与Pt 具有相似的电子排布结构，可以在表面发生和Pt 相似的反应。
因此，碳化物作为潜在的催化剂被广泛研究。
Chen Zhaoyang 小组采用还原碳化一步法，以喷雾干燥得到的空心状偏钨酸铵（AMT）作为前驱体，调控CO/H 2还原碳化气氛制备得到了碳化钨粉末，并且运用了循环伏安系统电化学测试技术评价了此碳化钨对甲醇氧化的催化性能。
他们在实验中发现，控制气氛中的气体配比和碳化温度可以制得多孔碳化钨，并且可以在制备过程中有效去除表面积碳，从而制得缺碳型单相碳化钨。
体系内温度的升高有利于减少甚至避免催化剂中毒。
Li Guo-Hua 小组通过实现研究发现，将碳化钨颗粒生长到碳纳米管上，可以增强其电催化性能。
他们将表面修饰与原位还原碳化技术相结合，制备出WC/CNT 复合材料，对样品的形貌、晶相组成、微结构和化学成分等特征进行了表征，并评价了样品在碱性环境的电催化性能。
WC/CNT 比表面积为29.55m 2g -1，约为WC 的6倍。
所以将WC 纳米颗粒复合到碳纳米管的外表面是提高WC 催化性能的有效途径。
Ayman Yousef 小组通过静电纺丝的合成方法制得了CoCrO 7的碳纳米纤维壳层（carbon nanofiber shell，CNFS）。
它催化甲醇氧化的起始电位为-80 mV Vs，Ag/AgCl 在400mV 的条件下它的氧化电流密度18.42mAcm -2，体现了良好的催化甲醇氧化性能（如图3）。
金属碳化物催化剂的研究主要集中在WC 方面，但是其活性仍不如Pt。
未来的研究方向侧重以WC 作为载体提高Pt 的活性并减少Pt的用量。
（ａ）Ni/NiO 纳米颗粒的透射电镜照片 （ｂ）负载在电纺纳米纤维上的Ni xCo1-x 合金 （ｃ）负载在不锈钢（SS）上的NiCo2O4花球 （ｄ）生长在在泡沫镍上的MgCo2O4图 2 175中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2018.12 （上）配电线路故障问题一直是电力企业关注的重点，对其故障原因进行分析并采取适当措施进行处理对保证电力企业正常运行及保证配电线路安全具有重要价值及意义。
综合对现有配电线路故障原因进行分析，单相接地故障时引起配电线路故障原因之一，对其电力系统运行造成严重影响，且容易引发安全事故。
10kV 配电网属于目前常见配电系统，单相接地故障对其供电造成严重影响。
因此，对单相接地故障原因进行分析并采取必要措施进行处置，对保证供电安全具有重要价值及意义。
1 10kV 配电线路单相接地故障产生原因及分析对于单相接地故障，其产生原因主要集中在以下几个方面：其一，受自然因素影响，如线路遇到大风、大10kV 配电网线路单相接地故障的查找及改进方法王军，杨凡（国网陕西省电力公司延安供电公司，陕西 延安 716000）摘要：本文结合实际情况对10kV 配电网线路单相接地故障产生原因及危害进行了分析，并提出了故障查找方法及减少故障的应对措施，以便为后期减少配电网线路单相接地故障提供技术参考及保证。
