化石能源作為今天世界能源的主要來源,是社會經(jīng)濟發(fā)展的重要推力,但是由于其不可再生和污染排放等問題,已引起全球關于能源短缺和氣候變化的擔憂。相較于傳統(tǒng)的化石燃料,金屬-空氣電池、燃料電池等電化學轉換和儲能技術存在許多優(yōu)勢。然而,這些技術的廣泛應用必須克服動力學緩慢的陰極氧還原反應（ORR）,而這離不開高效、低毒、成本低廉和綠色可持續(xù)的催化劑。原子級分散的活性位點催化劑,其完全暴露的原子能夠提高活性位點的數(shù)量;低配位不飽和的狀態(tài)和增強的金屬載體相互作用能夠提高活性位點的本征活性,這兩方面的協(xié)同促進有利于提高催化劑的性能。原子級分散的Co-N-C催化劑由于其微弱的芬頓反應成為取代在酸性體系中性能最好的Fe-N-C催化劑的最佳選擇。然而,Co-N-C催化劑面臨兩個主要難題:1)較低的本征活性;2)高的H₂O₂產率,這極大的制約了其實際應用。針對上述問題,本論文工作以Co-N-C催化劑為研究對象,通過在Co-N-C催化劑中引入其它金屬元素以補償其較低的本征活性并降低H₂O₂產率。研究工作主要集中在以下兩個方面... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

清潔型能量轉換與儲存技術[4]

料電池概述燃料電池是一種將燃料與氧化劑的化學能通過電化學反應直接轉換成電能的發(fā)電裝置，是繼水力發(fā)電、火力發(fā)電、化學發(fā)電之后第四種發(fā)電方式。如圖1-2所示[8]，燃料電池主要由四部分組成，即陽極、陰極、電解質和外部電路。燃料氣在陽極上發(fā)生氧化反應，放出電子，電子經(jīng)外電路傳導到陰極使氧化氣發(fā)生氧化反應生成離子，離子在電場作用下，通過電解質遷移到陽極上，與燃料氣反應，構成回路，產生電流。電池的陰、陽兩極除傳導電子外，也作為氧化還原反應的催化劑。電解質起傳遞離子和分離燃料氣、氧化氣的作用。圖1-2燃料電池示意圖[8]由于燃料電池直接將燃料的化學能轉化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。同時燃料電池還具有能量轉換效率高，負荷響應快，環(huán)境親和，燃料多樣，安裝靈活，占地面積小，建設周期短等優(yōu)點。綜合以上優(yōu)點，燃料電池用途廣泛，既可應用于軍事、空間、發(fā)電廠領域，也可應用于機動車、

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文41.2.2氧氣還原反應概述氧氣還原反應（OxygenReductionReaction，ORR）作為PEMFC中重要的陰極反應，其反應速率比陽極的氫氧化反應慢六個數(shù)量級以上，這嚴重限制PEMFC的發(fā)展，因此目前大部分的研究工作都集中在陰極催化劑開發(fā)和改進。氧氣電催化還原反應是一個復雜的多電子轉移電極反應，其中包括一系列基元步驟和許多中間產物，且中間產物對很多因素表現(xiàn)敏感，如催化劑種類、電解質、電極電勢等。結合研究人員的研究成果[9]，氧還原反應的機理被認為主要是以下途徑（圖1-3）。圖1-3氧氣還原反應機理圖（1）直接四電子途徑堿性電解質：O2+2H2O+4e-→4OH-（1-1）酸性電解質：O2+4H++4e-→2H2O（1-2）（2）二電子途徑堿性電解質：O2+H2O+2e-→HO2-+OH-（1-3）進一步的還原反應或分解反應HO2-+H2O+2e-→3OH-（1-4）2HO2-→2OH-+O2（1-5）酸性電解質：O2+2H++2e-→H2O2（1-6）進一步的還原反應或分解反應H2O2+2H++2e-→2H2O（1-7）2H2O2→2H2O+O2（1-8）對于絕大多數(shù)電催化氧氣還原反應，單純的四電子反應途徑難以實現(xiàn)，大部分是以二電了與四電子相結合的反應途徑為主導。從O2解離活化能角度考慮，O2直接解離能要遠大于質子和電子轉移后形成的過氧化物吸附中間體（H2O2或HO2-）的解離能。所以直接四電子反應途徑活化能高于二電子反應途徑。但是對PEMFC而言，所希望發(fā)生的O2還原為四電子反應途徑，二電子還原過程需要盡力避免，這是因為二電子反應過程不利于能量轉化，其生成的吸附中間體可能會逆向分解生成O2從而降低PEMFC的能量轉化效率；此外二電子過程生成的


本文編號：3111133