摘要：钠离子电池一直被视为是应用广泛的锂离子电池的下一代储能电池,无论锂离子电池还是钠离子电池,碳/碳基材料...钠离子电池一直被视为是应用广泛的锂离子电池的下一代储能电池,无论锂离子电池还是钠离子电池,碳/碳基材料是作为负极材料的关键材料之一,而生物质材料,如过期的花粉和废弃的棉花均是生活废弃物,由于来源广泛,成本低廉并能循环利用能使其再资源化,达到对环境友好的目的。多种生物质材料已经被研究并应用于锂离子电池和钠离子电池中,在本文,使用氢氧化钾和硝酸镁作为活化剂分别对废弃的花粉和棉花球高温活化、碳化处理,均获得具有较大比表面积的三维多孔碳材料。以花粉为前驱体制备三维结构生物质碳的实验中,氢氧化钾与花粉生物质原料的最佳质量比例为2:3。作为锂离子电池负极电极材料,在2 A g-1的恒电流密度下进行300次循环充放电后比容量为375 mAh g-1;在0.1,0.5,1.0,2.0,5.0 A g-1电流下进行倍率测试,得到可逆容量分别为500,350,293,250,215 mAh g-1。作为钠离子电池负极电极材料,在2.0 A g-1的恒电流密度下充放电200圈,得到270 mAh g-1的比容量;在0.1,0.2,0.5,1.0,2.0,5.0 A g-1电流下进行倍率性能测试分别获得270,260,245,230,215,197 mAh g-1的比容量。以棉花为前驱体,经过硝酸镁活化和高温碳化处理后得到薄片状三维结构多孔碳材料,经过硫、氮共掺杂处理后获得性能更为优异的碳材料。作为锂离子电池负极电极材料的循环充放电测试中,在0.2 A g-1的电流密度下,循环150次后能达到1101.1 mAh g-1的可逆容量;在10.0 A g-1的电流密度下循环5000次能保持531.2 mAh g-1的可逆容量,而倍率性能测试中在0.1,0.2,0.5,1.0,2.0,5.0 A g-1的恒电流下可得到1443,1035,954,884,802和689 mAh g-1的可逆容量。在钠离子电池充放电测试中,氮原子、硫原子共掺杂材料在1.0 A g-1的电流密度下循环200次能得到410 mAh g-1的可逆容量,在2.0 mAh g-1的电流密度下循环600次能保持351.1 mAh g-1的容量,倍率性能测试在0.1,0.5,1.0,2.0,5.0和10.0 A g-1电流下达到505,430,400,360,320,219 mAh g-1的可逆容量。这项工作为制备廉价、高性能的锂离子电池和钠离子电池负极生物质碳材料提供一个新的思路和可能。更多还原显示全部
摘要：质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种新型绿色能源技术,它具有能量转化效率高、低温启动快速,无污染等优点,...质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种新型绿色能源技术,它具有能量转化效率高、低温启动快速,无污染等优点,在汽车动力和小型便携式发电设备上具有广泛的应用前景。有关PEMFC的研究已经成为能源领域的热点课题,许多发达国家都在竞相发展这一技术。膜电极（MEA）作为PEMFC的最为重要的部件。电化学反应主要发生在膜电极中,所以良好的界面结构对提升膜电极的性能有着很大的作用。传统膜电极制备方法十分简便适合大规模生产,但是无法建立良好的三相界面这会导致严重的浓差极化和电化学极化,多相传质通道处于无序状态,催化层也无法有效利用,限制膜电极性能的进一步提高。通过设计膜电极界面结构,建立有序的多相传质通道能够减少极化、提高催化剂的利用率及降低成本,对质子交换膜燃料电池的商业化有着重大意义。在本文中,我们通过将造孔剂和Nafion溶液混合后喷涂到质子交换膜上制备具有三维多孔结构的质子交换膜,并对其性能进行进一步研究。研究工作包括:造孔剂的种类、造孔剂与Nafion溶液的比例及多孔层的厚度对质子交换膜燃料电池性能的影响。首先,采用氧化锌、氧化镁、碳酸钙及碱式碳酸锌作为造孔剂,用于制备具有三维多孔高比面积结构的质子交换膜。考察了基于多孔膜的燃料电池膜电极的性能变化。结果表明:采用氧化锌和氧化镁作为造孔剂能够构建良好的三维多孔结构而采用碳酸钙和碱式碳酸锌则得不到显著的三维多孔结构。在电池温度为70℃,气体背压为30psi,阴阳极气体完全加湿的条件下,采用氧化锌作为造孔剂的膜电极在0.7V能达到600mA cm-2,相比空白膜电极有100m A cm-2的提升。然后,采用氧化锌作为造孔剂,改变Nafion在多孔层浆料中含量,用于制备孔隙率不同的三维多孔质子交换膜。考察了基于多孔膜的燃料电池膜电极性能变化。结果发现,当Nafion（干重）高于总重量10%时,随着Nafion量的进一步增加,造孔剂会加速沉降,造成多孔层变得不均匀。在电池温度为70℃,气体背压为30psi,阴阳极气体完全加湿的条件下,Nafion（干重）占总重量5%的多孔膜制备的膜电极在0.7V时比其他膜电极性能更好,电流密度能达到700mA cm-2。最后,采用Nafion（干重）占总重量5%的比例,改变造孔剂的载量,用于制备厚度不同的三维多孔质子交换膜。考察了基于多孔膜的燃料电池膜电极性能变化。结果发现,造孔剂载量增加也不会对多孔层制备造成较大影响。在电池温度为70℃,气体背压为30psi,阴阳极气体完全加湿的条件下,造孔剂载量为0.4mg cm-2的多孔膜制备的膜电极在0.7V时有着最好性能,电流密度能达到700m A cm-2同时该膜电极还具有最大电化学活性比表面积。更多还原显示全部
