質(zhì)子交換膜水電解池陽極催化劑和制氫技術(shù)的研究

【摘要】： 本論文主要開展研究了質(zhì)子交換膜水電解電池(PEMWE)負(fù)載型陽極電催化劑研究和吸附強(qiáng)化天然氣重整制氫與熔融碳酸鹽燃料電池相結(jié)合新型發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)值模擬分析。 針對(duì)PEMWE析氧反應(yīng)催化劑,對(duì)具有多孔結(jié)構(gòu)和較高比表面積的TiC采用控制氧化進(jìn)程的方法,進(jìn)行了表面物相和微孔結(jié)構(gòu)改性,并以處理后的TiO2/TiC原位復(fù)合物作為載體,采用用浸漬還原法成功負(fù)載了主催化劑Ir,制成了具有高活性的負(fù)載型催化劑。通過XRD,BET和TEM等多種表征方法,證明了改性后的TiC比表面積增加了2倍以上,具有多礦相復(fù)合結(jié)構(gòu)。循環(huán)伏安測(cè)試表明,Ir/TiC催化劑的析氧峰值電流是Ir黑的5倍,而經(jīng)過改性后的TiC負(fù)載Ir催化劑則是Ir/TiC催化劑的析氧峰值電流的6倍。很明顯改性后的TiO2/TiC原位復(fù)合物具有更大的比表面積和孔體積,更好的分散了貴金屬Ir,大大提高了析氧反應(yīng)的催化活性。 論文又在分析傳統(tǒng)天然氣熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)發(fā)電技術(shù)和吸附強(qiáng)化水蒸氣甲烷重整(SE-SMR)制氫技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了新型的熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電系統(tǒng)工藝流程。數(shù)值模擬了一個(gè)七步的SE-SMR過程。依照模擬結(jié)果,1400s為一個(gè)循環(huán)周期和450℃反應(yīng)溫度條件下,新的工藝中生成的氫氣平均純度大約為80%,可以直接通入到MCFC陽極作為原料使用。此外,通過混合空氣沖洗氣和部分煙氣(相當(dāng)于空氣沖洗氣的30%)可以滿足MCFC陰極配氣要求。總之,新型天然氣熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電技術(shù)既具有傳統(tǒng)天然氣熔融碳酸鹽燃料電池發(fā)電技術(shù)的一般優(yōu)點(diǎn),又整合了吸附強(qiáng)化水蒸氣甲烷重整技術(shù)的優(yōu)勢(shì),降低了能耗、提高了系統(tǒng)效率、延長(zhǎng)了電池壽命。 【關(guān)鍵詞】：陽極電催化劑 質(zhì)子交換膜水電解電池(PEMWE) 芯-殼復(fù)合物 載體 吸附強(qiáng)化水蒸氣甲烷重整(SE-SMR) 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TQ116.21
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-22
• 1.1 燃料電池概述9-14
• 1.1.1 燃料電池的意義9-10
• 1.1.2 燃料電池的原理及特點(diǎn)10-12
• 1.1.3 燃料電池的分類及應(yīng)用12-13
• 1.1.4 質(zhì)子交換膜燃料電池和可逆質(zhì)子交換膜燃料電池的原理以及特點(diǎn)13-14
• 1.2 氫能概述14-16
• 1.2.1 氫能特點(diǎn)14-16
• 1.2.2 制氫方法16
• 1.3 水電解制氫16-19
• 1.3.1 質(zhì)子交換膜水電解17-18
• 1.3.2 質(zhì)子交換膜水電解陽極催化劑以及載體18-19
• 1.4 甲烷重整制氫19-20
• 1.4.1 水蒸氣甲烷重整19-20
• 1.4.2 吸附強(qiáng)化水蒸氣甲烷重整20
• 1.5 本論文的主要研究工作20-22
• 第二章 實(shí)驗(yàn)總述22-26
• 2.1 化學(xué)試劑與儀器22
• 2.1.1 化學(xué)試劑22
• 2.1.2 儀器22
• 2.2 TiC 和 TiO_2復(fù)合載體的制備(改性 TiC）22-23
• 2.3 電催化劑的制備23
• 2.4 工作電極的制備23-24
• 2.5 復(fù)合載體和催化劑的物理表征24
• 2.6 電化學(xué)性能測(cè)試24-26
• 第三章 Ir/TiC 催化劑的表征與分析26-32
• 3.1 Ir/TiC 催化劑比表面積測(cè)試（BET）26
• 3.2 Ir/TiC 催化劑的結(jié)構(gòu)定性分析（XRD）26-27
• 3.3 Ir/TiC 催化劑透射電鏡測(cè)試（TEM）27-29
• 3.4 循環(huán)伏安測(cè)量（CV）29-31
• 3.5 本章小結(jié)31-32
• 第四章 TiC 載體改性及其負(fù)載催化劑的表征測(cè)試與分析32-45
• 4.1 改性TiC 電導(dǎo)率測(cè)試32-33
• 4.2 TiC 改性處理33-38
• 4.2.1 溫度對(duì) TiC 改性的影響35-36
• 4.2.2 氧化氣氛對(duì)TiC 改性的影響36-37
• 4.2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)TiC 改性的影響37-38
• 4.3 TiC 改性樣品的 BET 測(cè)試研究38-39
• 4.4 TiC 改性樣品的透射電鏡測(cè)試(TEM)39-40
• 4.5 TiC 載體改性及其負(fù)載催化劑的循環(huán)伏安測(cè)試(CV)40-44
• 4.6 本章小結(jié)44-45
• 第五章 MCFC 發(fā)電系統(tǒng)中新型吸附強(qiáng)化水蒸氣甲烷重整工藝的模擬分析45-57
• 5.1 建立模型46-47
• 5.2 高壓吸附強(qiáng)化反應(yīng)47-53
• 5.3 吸附劑再生和二氧化碳循環(huán)53-55
• 5.4 系統(tǒng)分析55-57
• 第六章 結(jié)論與展望57-60
• 6.1 主要結(jié)論57-59
• 6.2 研究展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文63-64
• 致謝64

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