燃料电池材料研究进展图文
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摘要:质子交换膜燃料电池(P E M F C)是一种高效的无污染装置因而受到广泛关注。
然而,PE M F C仍存在成本高、稳定性差等问题,制约了PEMFC的大规模商业应用。
气体扩散层是PEMFC中的重要组成部分。
针对PEMFC低成本、高性能先进材料的需求,本文综述了气体扩散层基材碳纸、微孔层的改性制备、气液传输和水管理、孔结构的模拟与设计等方面的研究进展,并指出了碳纸基气体扩散层未来的发展方向。
关键词:PEMFC;碳纸改性;气体扩散层;微孔层;水管理Abstract: PEMFC (proton exchange membrane fuel cell) has attracted wide attention as an efficient and pollution-free device. However, there still exist some problems such as high cost and poor stability, which restrict its large-scale commercial application. Gas diffusion layer is an important part of the cell. In order to meet the demand of low cost and high performance advanced materials for PEMFC, the research progress of carbon paper base material, preparation of microporous layer, gas-liquid transfer and water management, simulation and design of pore structure are reviewed, and the future development direction of carbon paper base gas diffusion layer is pointed out.Key words: PEMFC; carbon paper modification; gas diffusion layer; microporous layer; water management燃料电池气体扩散层中碳纸材料研究进展⊙ 陈逸菲 赵思涵 赵浩轩 郭大亮*(浙江科技学院环境与资源学院,杭州 310023)Research Progress of Carbon Paper Materials in Gas Diffusion Layers of Fuel Cells⊙ Chen Yifei, Zhao Sihan, Zhao Haoxuan, Guo Daliang *(College of Environment and Resources, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou, Zhejiang 310023, China)中图分类号:TS761.2文献标志码:A 文章编号:1007-9211(2023)24-0001-09陈逸菲 女士在读硕士研究生;从事纸基功能材料方面的研究工作。
檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲殘殘殘殘述评与讨论微生物燃料电池碳基阳极材料的研究进展王鑫1,李楠2,高宁圣洁1,周启星1(1.南开大学环境科学与工程学院环境污染过程与基准教育部重点实验室,天津300071;2.天津大学环境科学与工程学院,天津300072)摘要:微生物燃料电池是绿色废水处理新技术,在处理有机废水的同时实现了电能回收。
近10年来,该技术得到了快速发展,逐步由实验室研究向未来大型化应用的目标前进。
产电微生物附着的阳极是影响电池性能的关键,也是目前该领域研究的热点。
碳基材料成本低、导电性好且无生物毒性,是理想的阳极材料。
分别从二维碳基材料、三维碳基材料、纳米碳材料和碳基材料的预处理等方面介绍了阳极材料研究的最新进展,指出了材料的表面修饰(如表面氧化或连接官能团)和纳米碳材料的应用将成为未来微生物燃料电池阳极材料的研究重点。
关键词:微生物燃料电池;阳极材料;纳米材料;预处理中图分类号:X382文献标识码:B文章编号:1000-4602(2012)22-0005-04Research Progress in Carbon Anode Materials for Microbial Fuel CellsWANG Xin 1,LI Nan 2,GAO Ning-sheng-jie 1,ZHOU Qi-xing 1(1.Key Laboratory of Pollution Processes and Environmental Criteria <Ministry of Education >,Nankai University ,Tianjin 300071,China ;2.School of Environmental Science and Engineering ,Tianjin University ,Tianjin 300072,China )Abstract :Microbial fuel cell (MFC )is a green technology that can treat organic wastewater andrecover electrical energy simultaneously.With the fast development in recent ten years ,the MFC has shifted from the laboratory research to the real application in the future.The anode to which exoelectro-genic bacteria are attached is significant to the performance of MFC ,and it is the hot spot of MFC re-search.Since the carbon material is inexpensive ,superior in conductivity and not biotoxic ,it is an ideal material for the anode.The progress in carbon material for MFC is reviewed in the following four aspects :two-dimensional materials ,three-dimensional materials ,carbon nanomaterials and the pretreatment of carbon materials.The surface modification (such as surface oxidation or functionalization )and the appli-cation of nanomaterials will be the hot spot in the future.Key words :microbial fuel cell ;anode material ;nanomaterial ;pretreatment基金项目:国家自然科学基金资助项目(21107053、21037002)微生物燃料电池(Microbial fuel cell ,MFC )是近10年来兴起的废物资源化绿色技术,它利用活体微生物作为催化剂将废水或废物中的化学能直接转化为电能,实现了废物处理同步资源化[1]。
燃料电池实验报告摘要:本实验旨在研究燃料电池的性能和工作原理。
通过构建一个简单的燃料电池系统,利用氢气和氧气在阳极和阴极之间发生化学反应,发电的过程来验证燃料电池的工作原理。
通过实验结果可以观察到燃料电池在不同条件下的电流和电压变化情况。
1. 引言燃料电池作为一种环保、高效的能源转换装置,受到了广泛的关注。
与传统燃烧方式相比,燃料电池以直接转化化学能为电能,具有效率高、排放低的优势,因此在交通运输、能源储备等领域具有重要应用前景。
2. 实验方法2.1 实验材料本实验所需材料包括氢气和氧气,以及阳极和阴极。
2.2 实验装置本实验使用的装置包括燃料电池、电流表、电压表和导线。
2.3 实验步骤1) 将阳极和阴极分别连接到燃料电池的相应接口上。
2) 通过导线将阳极和阴极连接到电流表和电压表上。
3) 使用给定的氢气和氧气通过燃料电池。
4) 记录电流表和电压表上的读数。
5) 更改实验条件,如改变气体流量、温度等,重复步骤3和步骤4。
6) 根据实验结果分析燃料电池的性能和工作原理。
3. 实验结果和分析根据实验数据,我们可以绘制出燃料电池在不同条件下的电流和电压变化曲线。
随着氢气和氧气的流量增加,燃料电池的电流和电压也随之增加。
这说明氢气和氧气的供应是影响燃料电池性能的重要因素。
此外,我们还可以观察到燃料电池在不同温度下的性能差异。
随着温度的升高,燃料电池的电流和电压都有所增加。
这是因为在较高温度下,氢气和氧气的反应速率更快,从而提高了燃料电池的发电效率。
4. 结论本实验验证了燃料电池的工作原理,并观察到了燃料电池在不同条件下的电流和电压变化情况。
实验结果表明,氢气和氧气的供应以及温度是影响燃料电池性能的重要因素。
通过对燃料电池的研究,我们可以更好地理解其在能源转换中的应用前景。
未来,我们可以进一步探索如何优化燃料电池的结构和材料,提高其能量转化效率,使其成为一种可持续发展的能源解决方案。
熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)一、MCFC概述1.1 燃料电池简述燃料电池(FC)是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置,结构如图1-1所示。
它的发电方式与常规的化学电源一样,电极提供电子转移的场所,阳极催化燃料(如氢)的氧化过程,阴极催化氧化剂(如氧)的还原过程,导电离子在将阴阳极分开的电解质内迁移,电子通过外电路作功并构成总的电回路。
在电池内这一化学能向电能的转化过程等温进行,即在燃料电池内,可在其操作温度下利用化学反应的自由能。
但是,燃料电池的工作方式又与常规的化学电源不同,它的燃料和氧化剂并非贮存在电池内。
同汽油发电机相似,它的燃料和氧化剂都贮存在电池之外的贮罐中。
当电池工作时,要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂,排出反应产物,同时排出一定的废热,以维持电池温度的恒定。
燃料电池本身只决定输出功率的大小,其贮能量则由燃料罐和氧化剂罐的贮量决定。
总体上,燃料电池具有以下特点:(l) 不受卡诺循环限制,能量转换效率高。
(2) 燃料电池的输出功率由单电池性能、电极面积和单电池个数决定。
(3) 环保问题少。
(4) 负荷应答速度快,运行质量高。
图 1-1 燃料电池结构示意图由于FC具有以上显著的优点,在50~60年代呈现第一个研制高峰,那时侧重于发展碱性FC,尽管后来未曾象预期的那样在交通工具及大型电厂获得应用,但是FC在航天飞行中取得的成功足以证明它所具有的突出优点。
70年代初,由于投资减少,FC研究进入低潮。
70年代末,由于材料科学的进展和世界性的能源紧缺,开发新的发电技术,提高石油、天然气和煤炭等矿物燃料的利用率又成为人们关注并具有深远意义的课题,这样FC研究又呈现第二个高潮,此时则侧重于发展磷酸盐燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)。
现在,燃料电池作为继水力、火力和原子能之后的第四代电源止受到世界的瞩目。
1.2 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell,首字母缩写为MCFC),通常被称为第二代燃料电池,因为预期它将继磷酸盐燃料电池之后进入商业化阶段。
摘要固体氧化物燃料电池(SOFC) 是近几年发展起来的新型绿色能源技术,具有无腐蚀,能量转化效率高,燃料适应性强和寿命长等优点。
固体氧化物燃料电池是一种全固态燃料电池,它使用一种可传导氧离子的陶瓷材料充当电解质,由于只需要两种相(气相和固相),所以原理比其他任何一种燃料电池都要简单。
它不会有磷酸型燃料电池(PAFC)和熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)所面临的电解质管理问题,而很高的工作温度也意味着不需要贵重金属电催化剂。
固体氧化物燃料电池是一种清洁、高效的能源。
本文对燃料电池的研究发展进行了概述,详细地介绍了固体氧化物燃料电池的电解质材料、阴极材料、阳极材料,综述了固体氧化物燃料电池的主要组件(阴极、阳极、电解质材料)的制备方法及其进展,对SOFC在能源开发利用与市场化的前景进行了展望。
并对固体氧化物燃料电池以后的发展提出了一些建议。
关键词:固体氧化物燃料电池;电解质;电极ABSTRACTSolid oxide fuel cell (SOFC) has been developed in recent years as a new type of green energy technology.It has some advantages including non-corrosion,high energy conversion efficiency,high fuel adaptability,and long lifetime.Solid oxide fuel cell is a kind of solid-state fuel cell .It use ceramics material which can conduct oxygen ion as electrolyte.Because of just two phases (gas and solid phase),the principle of solid oxide fuel cell is simpler than any other fuel cell. It does not have the electrolyte management issues which PAFC and MCFC are confronted with .High operating temperature also means that no precious metal electrocatalysts are needed.It is a clean and efficient energy .The paper reviewed the developments of fuel cell and introduced the electrolyte material,anode material,cathode material of solid oxide fuel cell .The paper reviewed the preparation methods and the progress of the major components of SOFC (cathode,anode and electrolyte materials) and expected the the prospect of SOFC in energy development and utilization and recommended the development of solid oxide fuel cell.Key words: Solid oxide fuel cell; electrolyte; electrode前言自从第一次工业革命以来,人类社会几乎每次科学技术水平和生活水平的提高,都与能源技术的革新休戚相关。