電化學氧泵的研究.pdf

1、電化學氧泵（EOP）是一種基于空氣電極的電化學制氧裝置，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、高強度水凝膠電解質(zhì)膜和不同催化劑體系的電化學氧泵性能等方面對電化學氧泵進行了研究。
　　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，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50 kPa以上，拉伸斷裂應(yīng)力可達113.4 kPa。對該水凝膠進行堿摻雜，制得了電導(dǎo)率高達10-2S·cm-1數(shù)量級的堿摻雜水凝膠電解質(zhì)膜，電化學穩(wěn)定窗口可達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氧泵等電化學裝置中。
　　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，進行了