《双氮与铌材质在质子交换膜燃料电池中的应用》

  • 来源专题:可再生能源
  • 编译者: 董璐
  • 发布时间:2015-08-06
  • 奥氏体不锈钢是用于质子交换膜燃料电池双极板中的一种很有前途候选材料。然而,它的界面接触电阻率约为能源部(DOE)的目标(10米Ωcm2)的16倍,导致燃料电池性能不良。在这项工作中,基于活性屏幕等离子共渗下,一个新的混合等离子表面形成中,已发展到316奥氏体不锈钢表面的氮和铌同时合成。结果表明,改性表面的层结构可以对处理条件进行调整。所有的等离子体处理的316不锈钢样品表现出ICR 10 m以下Ωcm2 DOE的显著降低。

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  • 《日本开发全球首个商业规格质子陶瓷燃料电池》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2018-10-19
    • 质子陶瓷燃料电池理论发电效率高达75%,且能够在较低的温度(350-600℃)高效运行,还拥有更优异的抗积碳和抗硫中毒特性,是极具发展前景的新一代燃料电池技术。然而质子导电性陶瓷需要在1700℃以上的高温下烧制,如此高温烧结条件不利于该电池的规模化量产。日本国立产业技术综合研究所(AIST)研究人员开发了适用于批量生产的陶瓷电解质新型扩散烧结技术,将烧结温度降至1500℃,依托该技术制备出了全球首个商用规格的质子陶瓷燃料电池,让该类电池向商业化迈出了关键一步。 研究人员通过对陶瓷电解质薄膜的烧结动态过程进行详细追踪分析,进而开发了全新的扩散烧结工艺,即在共同烧制含烧结助剂的燃料电池电极支撑体和薄电解质层的过程中不进行晶界偏析,而是优先将过渡金属完全固溶到电解质中,有效地克服了陶瓷电解质低温烧结面临的致密化低的问题,利用这种烧结法,实现在1500℃的温度下,烧制出致密度高达99%的陶瓷电解质薄膜。而为了提升陶瓷电解质薄膜的化学稳定性和抑制电子复合损失,研究人员通过新的扩散烧结技术制备了含有电子阻挡层的钙钛矿相锆酸钡(BaZrO3)叠层结构的陶瓷电解质薄膜。在此基础上,研究人员制备出了达到商用规格的5*5cm2的方形质子陶瓷燃料电池,并与同样尺寸大小的传统固体氧化物燃料电池进行了对比测试研究。电化学测试结果显示,在700℃左右的温度下,传统固体氧化物燃料电池单元能够工作电压达到0.85V,电流密度约为0.3A/cm2;而利用新烧结技术开发的质子陶瓷燃料电池单元,其工作温度较前者低了100℃余度降至600℃下,以0.85V左右的电压工作时,电流密度也达到0.33A/cm2,即新技术开发的质子陶瓷燃料电池具备了更加优异的发电性能。 研究人员下一步将致力于多个单元堆叠的电池堆性能研究,同时加强与相关企业合作,加快推进该电池技术的商业化。该项研究开发了全新的陶瓷电解质低温致密烧结工艺,降低了工艺门槛,并由此制备出了全球首个达到商用规格的质子陶瓷燃料电池,呈现出优异发电性能,推进了该类电池的商业化进程。
  • 《纸基微生物燃料电池展现高性能高环保特性》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2018-10-26
    • 微生物燃料电池(MFC)作为一种能够自组装、自修复、自我维持、环境友好的生物电源,具有相当高的生物兼容性和电化学稳定性,在柔性可穿戴电子器件(如生物传感器、智能手环)领域有着广阔的应用空间。纽约州立大学宾汉顿分校的Seokheun Choi教授课题组设计开发了新型可降解、高性能、低成本的纸基MFC,既可促进可穿戴电子设备的发展,又可减少电子垃圾保护环境。 研究人员首先对纸张基底进行化学处理,即通过旋涂法将可降解可导电的有机聚合物PAA或PPDD与纸张整合形成聚合物包覆的复合纸作为质子交换膜,包覆的聚合物薄膜可以有效地封住纸张的微孔隔绝空气,提升质子的传输收集效率。接着以该复合纸作为基底,经制模、丝网印刷、喷碳等工艺步骤分别在纸张的正、反面对柔性正、负极进行加工,并对纸张表面不同区域采用亲水化或疏水化处理的方法来定义正极区和负极区。电化学性能测试显示,采用PAA复合纸基底MFC和PPDD复合纸MFC最大功率都比较传统的蜡基底MFC高(其中PAA是2倍高,PPDD是3倍高),但都低于传统全氟磺酸膜MFC(其中PAA是全氟磺酸膜MFC最高功率的55%,PPDD是80%)。为了进一步改善电池性能,研究人员对基底的厚度进行了优化,发现当旋涂两层PAA的MFC性能是所有电池中最优的,电流密度达到26 μA/cm2,最大功率密度为4 μW/cm2。进一步测试了电池在水中的降解情况,结果显示电池在水中明显降解,并且无需任何特殊装置、条件或引入其他微生物,经过14天就基本降解完成,即不会产生电子垃圾,具有良好环保性。通过技术的经济评估发现,PAA或者PPDD的复合型纸基MFC表现出的功率成本比(2.2-3.3 µW/$),比全氟磺酸(0.17 µW/$)和蜡基MFC都高(1.1 µW/$),展现出更高的成本竞争力。 该项研究开发了新型的纸基微生物燃料电池,不仅具有优异的性能还展现出良好的环保性和低成本优势,为柔性电子器件的电池发展提供了新路径。相关研究成果发表在《Advanced Sustainable Systems》。