SPE膜电极多相传质有序化构建与电解制氢研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:21773136
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:B0205.电化学
- 结题年份:2021
- 批准年份:2017
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2018-01-01 至2021-12-31
- 项目参与者:刘亚迪; 雷一杰; 孙连国; 陈光颖; 于超凡;
- 关键词:
项目摘要
Solid polymer electrolyte (SPE) electrolysis technology is currently one of the popular research topics in the field of hydrogen production. The catalytic layer (also known as the electrode) in the current Membrane Electrode Assembly, which is the core component of SPE electrolyzer, is featured as disordering porous composite structure, however a series of critical scientific problems are presented such as strong electrochemical polarization, strong concentration polarization and short lifetime. Taking highly ordered proton conducting in the catalytic layer as breakthrough, this application proposes a new system with multiphase conducting highly ordered MEA based on SPE nanorods array structure. In the project, controllable SPE nanorods array will be prepared through thermal compression method and template method, and the micro and nano size effects as well as the growth mechanism of the SPE nanorod will be investigated. Catalyst thin film will be loaded on Nafion nanorods by the two methods of chemical deposition and atomic layer deposition, and the relationship between microstructure and function of the electrode will be researched. The electrochemical model of the ordered MEA will be developed, and the electrochemical reaction and conducting mechanism in the SPE nanorods array catalytic layer will be investigated. The single SPE electrolyzer equipped with this ordered MEA will be constructed, both the electrochemical model and the mechanisms will be verificated by performance experiments of the single cell. It’s expected that new system of the ordered MEA with SPE nanorods array is prepared, and the quantitative relationship between electrode microstructure and performance is illuminated. Moreover it provides with theoretical basis for the preparation of ordered MEA with superior performance, low cost, long lifetime, and inspires the technical development of the fabrication of the next generation ordered MEA for SPE electrolyzer.
固体聚合物电解质(SPE)电解水技术是目前国际上最先进的水电解制氢技术之一。现SPE电解池的电极属多孔复合电极,在电极中离子相呈纳米薄膜无序分布态,极易使贵金属催化活性中心相连接的质子、电子以及气体通道受阻,存在电极强电化学极化(高能耗)、强浓差极化(慢制氢速率)等关键科学问题。本申请以电极中离子相的高度有序化和高效输运为突破点,构建超低贵金属用量的SPE电解池有序化膜电极新体系。通过热压法与模板法相结合的方法在SPE膜上原位可控生长SPE纳米棒阵列,采用化学沉积法和原子层沉积法的对比方案在SPE纳米棒骨架上负载析氧和析氢催化剂的非对称催化剂层,形成SPE电解池有序化膜电极。阐明SPE有序化膜电极的组成-结构-催化性能-稳定性之间的相互关系,形成完整的SPE电解池有序化膜电极的构效关系与设计理论,为设计超低贵金属用量下的低能耗、快制氢速率的SPE电解池有序化膜电极提供初步理论基础和新思路。
结项摘要
固体聚合物电解质(SPE)电解水技术是目前国际上最先进的水电解制氢技术之一。现SPE电解池的电极属多孔复合电极,在电极中离子相呈纳米薄膜无序分布态,极易使贵金属催化活性中心相连接的质子、电子以及气体通道受阻,存在电极强电化学极化(高能耗)、强浓差极化(慢制氢速率)等关键科学问题。本项目构建出了基于SPE纳米棒阵列的电解池有序化膜电极,实现了电极质子、电子、气体通道的三维网络结构定向、可控设计,阐明了可控制备方法和构效关系,实现了在低贵金属载量下的高制氢速率和低电解能耗,在SPE膜电极水电解制氢性能指标上取得突破:有序化SPE膜电极在Pt含量0.2mg/cm2,IrO2含量0.5mg/cm2,在80℃、常压和1A/cm2下,电解电压为1.60V,而传统喷涂法CCM工艺、转印法、机械热压法和化学镀法制备的MEA在相同条件下的电解电压分别为1.66V、1.67V、1.7V和1.81V。项目研究获得了良好的SPE水电解性能。本项目为设计超低贵金属用量下的低能耗、快制氢速率的SPE电解池有序化膜电极提供初步理论基础和新思路。. 项目发表了13篇SCI收录论文,申请了13件中国发明专利,参与出版了一本氢能专著,共同起草制定一件氢能国家标准并实施,获得了一项省部级奖、一项国际奖项和一项国际发展展览会发明金奖。
项目成果
期刊论文数量(13)
专著数量(1)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(13)
Oxygen Evolution Catalyst of Solid Polymer Electrolysis
固体聚合物电解析氧催化剂
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:PROGRESS IN CHEMISTRY
- 影响因子:1.3
- 作者:Liu Yadi;Liu Feng;Wang Cheng;Zhao Bo;Wang Jia
- 通讯作者:Wang Jia
Investigation of high-performance IrO2 electrocatalysts prepared by Adams method
Adams法制备高性能IrO2电催化剂的研究
- DOI:10.1016/j.ijhydene.2018.08.196
- 发表时间:2018-10-18
- 期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY
- 影响因子:7.2
- 作者:Liu, Yadi;Wang, Cheng;Wang, Jianlong
- 通讯作者:Wang, Jianlong
One-step microwave-assisted synthesis of carbon-supported ternary Pt-Sn-Rh alloy nanoparticles for fuel cells
一步微波辅助合成燃料电池用碳载三元Pt-Sn-Rh合金纳米颗粒
- DOI:10.1016/j.jtice.2020.10.008
- 发表时间:2020-10-01
- 期刊:JOURNAL OF THE TAIWAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINEERS
- 影响因子:5.7
- 作者:Hu, Xiaobo;Song, Pingping;Mao, Zongqiang
- 通讯作者:Mao, Zongqiang
Rapid one-step synthesis of carbon-supported platinum-copper nanoparticles with enhanced electrocatalytic activity via microwave-assisted heating
通过微波辅助加热一步快速合成具有增强电催化活性的碳载铂铜纳米粒子
- DOI:10.1016/j.jcis.2020.04.041
- 发表时间:2020
- 期刊:Journal of Colloid and Interface Science
- 影响因子:9.9
- 作者:Song Pingping;Lei Yijie;Hu Xiaobo;Wang Cheng;Wang Jianlong;Tang Yaping
- 通讯作者:Tang Yaping
Potential Applications of Metal Organic Framework-Based Materials for Proton Exchange Membrane Fuel Cells
金属有机骨架材料在质子交换膜燃料电池中的潜在应用
- DOI:--
- 发表时间:2018
- 期刊:PROGRESS IN CHEMISTRY
- 影响因子:1.3
- 作者:Liang Xi;Wang Cheng;Lei Yijie;Liu Yadi;Zhao B
- 通讯作者:Zhao B
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其他文献
天然产物gracilioethers和hippolachnin A的合成研究进展
- DOI:--
- 发表时间:2020
- 期刊:有机化学
- 影响因子:--
- 作者:吴璟华;王诚;陈鹏全;马志强
- 通讯作者:马志强
猪FBN2基因的多态性与肉PSE的关联性分析
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:吉林农业大学学报
- 影响因子:--
- 作者:王怀中;郭建凤;王诚;王彦平
- 通讯作者:王彦平
NaBH_4的制备现状及其在燃料电池氢源中的应用前景
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:太阳能学报
- 影响因子:--
- 作者:张萍;刘志祥;王诚;吴海军;毛宗强
- 通讯作者:毛宗强
桃褐腐病生防细菌JY-d1种类鉴定及其对桃褐腐病菌生防机制研究
- DOI:10.16872/j.cnki.1671-4652.2021.04.022
- 发表时间:2021
- 期刊:扬州大学学报(农业与生命科学版)
- 影响因子:--
- 作者:贾祥子;叶建;王诚;熊正文;孔祥伟;张清霞;纪兆林
- 通讯作者:纪兆林
生防假单胞菌FD6电击转化条件的优化
- DOI:10.16872/j.cnki.1671-4652.2021.04.020
- 发表时间:2021
- 期刊:扬州大学学报(农业与生命科学版)
- 影响因子:--
- 作者:王诚;刘银银;施伟凡;温德宇;张清霞
- 通讯作者:张清霞
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