【摘 要】
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质子导电性陶瓷因其具有特殊的质子导电功能,可用作燃料电池,氢传感器,水蒸气传感器,氢泵,电解水蒸汽制氢,有机化合物的氢化和脱氢,常压中温等温和条件下合成氨等能源变换及多种电化学装置的固体电解质,具有十分重要的应用价值和广阔的应用前景.本文综述了质子导电性陶瓷的电化学性质、传导机制、可能应用及其最新研究进展.
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质子导电性陶瓷因其具有特殊的质子导电功能,可用作燃料电池,氢传感器,水蒸气传感器,氢泵,电解水蒸汽制氢,有机化合物的氢化和脱氢,常压中温等温和条件下合成氨等能源变换及多种电化学装置的固体电解质,具有十分重要的应用价值和广阔的应用前景.本文综述了质子导电性陶瓷的电化学性质、传导机制、可能应用及其最新研究进展.
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本文采用微波合成技术合成锂离子电池正极材料LiFePO,并通过Cr离子掺杂,提高其电子电导和锂离子的扩散,改善了材料的比容量和高倍率性能.通过XRD,SEM和恒电流充放电实验,研究了材料结构、形貌和电化学性能.通过交流阻抗实验,测定锂离子在材料中的扩散系数.结果表明,当Cr掺杂量为1﹪时,采用0.25C进行充放电,材料比容量由未掺杂时的96mAh/g提高以131mAh/g,锂离子在固相材料中的扩散
采用共沉淀法合成过渡金属草酸盐化合物前驱体,在370℃热解前驱体获得系列复合氧化物NiAlMnCoO(0≤x≤0.8)作氧还原电极催化剂,用红外光谱(IR)及X-射线衍射(XRD)测试对材料进行了定性分析,采用线性电位扫描和锌空气电池放电测试研究了催化剂对氧还原反应的催化活性.结果表明,低温热解可以获得活性较高的催化剂,在碱性介质中,钴含量为x=0.6时对氧还原的电催化活性最高.
采用高温固相反应法制备了具有均一方相的Mg和F掺杂Li-Mn-O基尖晶石结构的锂离子电池正极材料,并采用XRD、SEM及电化学性能测试等手段对其进行了表征.结果显示,0.5C充放电倍率下,LiMnMgO首次放电容量约90mAh/g,较LiMnO的102mAh/g低,但循环性能显著提高:300次循环后,容量不发生可察觉衰减;LiMnOF较LiMnO容量与循环寿命都有较大改善,首次放电容量为113mA
采用第一性原理计算方法预测Mg在LiFePO的不同位置的掺杂对材料的电子结构产生的影响.通过对LiFePO、LiFeMgPO和LiMgFePo三种材料态密度的计算得出Mg的掺杂可以提高材料的电子电导,且不同位置的掺杂,其对电子导电率的影响不同,通过计算模拟发现:Mg在Li位的掺杂相对于在Fe位的掺杂,其对材料的电子电导的提高贡献更大些.通过离子导电的分析方法,模拟了Mg在不同位置的掺杂对Li的离子
通过第一性原理电子能带结构计算,首次从理论上预测了对LiFePO的Li位进行Cr掺杂可以大幅度提高LiFePO的电子电导率,并就此提出了两种可能的导电机理,从而澄清了各种可能的争论和质疑.
通过第一性原理分子动力学计算,得出Cr在Li位掺杂将阻塞Li离子的一维输运通道的结论.然后,应用蒙特卡罗模拟方法,模拟了Cr掺杂后的材料的容量的相对值.发现,掺杂量越大,对材料的容量影响也越大.同时,也模拟了不同晶粒大小对材料容量的影响,发现晶粒越小,掺杂对其容量的影响就更小.
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为了优化质子交换膜燃料电池膜电极的成型工艺,本文考察了制备用材料和方法对膜电极电性能的影响.研究结果表明,采用涂刷法制备膜电极的扩散层,催化层中Pt担量控制在0.8mg/cm,采用Nafion做为催化层粘结剂,并且Nafion用量占催化层质量的35﹪,以Nafion112膜作为质子交换膜,在压片温度为130℃、压片压力为8MPa、压片时间为90s的条件下制备的膜电极,组装成电池后,电池的电性能较好
本文研究了LaSrCrMnO管在不同氧分压差驱动下的氧渗透流量.在920℃,当管外侧暴露在空气中,而内侧以用Ar(35ml min)稀释的H(15ml min)吹扫时,氧渗透量达到5.4×10molcms.讨论了氧渗透过程与氧化反应偶合的机制,并探讨了氧渗透在其它方面的应用.
本文研究了不同组成的PrSrMnO-SSZ复合阴极在中温下(800-850℃)的极化过电位、极化电阻等性能.实验发现,PrSrMnO-SSZ阴极在SSZ含量为30wt﹪下性能最好,850℃、电流密度300mA/cm时其过电位仅为55mV,极化电阻为0.55Ω.