電化學(xué)氧泵的研究.pdf

1、電化學(xué)氧泵（EOP）是一種基于空氣電極的電化學(xué)制氧裝置，可以在電位差的驅(qū)動下將O2從低濃度混合氣中分離出來。但目前基于質(zhì)子交換膜電解池的EOP動力學(xué)緩慢且催化劑價格昂貴，而基于堿性電解液體系的EOP存在漏液、溶液碳酸化所導(dǎo)致的的電解質(zhì)結(jié)晶析出以及電解液浪費(fèi)等諸多問題。本文從基于生物質(zhì)的雙功能氧電極催化劑、高強(qiáng)度水凝膠電解質(zhì)膜和不同催化劑體系的電化學(xué)氧泵性能等方面對電化學(xué)氧泵進(jìn)行了研究。
　　以雞蛋黃為前驅(qū)體，經(jīng)一步熱解法在熔融鹽介

2、質(zhì)中制備了雜原子摻雜碳（HDC）材料電催化劑，其中原位摻雜的N含量最高可達(dá)5.89 wt.％，并摻雜有少量的P和S，XPS測試結(jié)果表明N原子多以Graphitic-N和Pyridinic-N形式摻雜到碳骨架中。使用循環(huán)伏安法、線性掃描伏安法以及計時電流法等測試方法在旋轉(zhuǎn)圓盤電極上對HDC催化劑電催化性能進(jìn)行了表征，結(jié)果表明800℃下熱解制備的HDC催化劑的氧還原反應(yīng)催化活性與商品Pt/C催化劑相當(dāng)，而析氧反應(yīng)催化活性和穩(wěn)定性則優(yōu)于Pt/

3、C催化劑。向蛋黃前體中加入六水合氯化鈷可使制得的HDC由疏松的不規(guī)則片層狀結(jié)構(gòu)變?yōu)楹写罅坎灰?guī)則泡孔的海綿狀結(jié)構(gòu)，并在孔內(nèi)沉積Co2P納米顆粒。這種獨(dú)特的催化劑結(jié)構(gòu)有效地提高了其ORR催化活性和OER穩(wěn)定性。
　　以丙烯酰胺和聚乙烯醇為交聯(lián)前體，采用預(yù)混式兩步交聯(lián)法制備了一種具有較高抗拉強(qiáng)度的聚丙烯酰胺/聚乙烯醇（PAM/PVA）雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。采用該方法可使兩級網(wǎng)絡(luò)前體在交聯(lián)成型前預(yù)混均勻，提高水凝膠的結(jié)構(gòu)均一性。以該方法制得的水

4、凝膠具有極疏松的互通式孔洞結(jié)構(gòu)，彈性模量可達(dá)50 kPa以上，拉伸斷裂應(yīng)力可達(dá)113.4 kPa。對該水凝膠進(jìn)行堿摻雜，制得了電導(dǎo)率高達(dá)10-2S·cm-1數(shù)量級的堿摻雜水凝膠電解質(zhì)膜，電化學(xué)穩(wěn)定窗口可達(dá)2.0 V左右，有望作為固體電解質(zhì)膜應(yīng)用于燃料電池和電化學(xué)氧泵等電化學(xué)裝置中。
　　分別以貴金屬催化劑（20 wt.% Pt/C為陰極催化劑，銥黑為陽極催化劑）、自制的HDC催化劑和自制的Co2P-HDC催化劑為電極催化劑，進(jìn)行了