氢能专利库

本发明公开了一种变滑移系数非测地线纤维缠绕储氢瓶路径设计方法，涉及储氢瓶制造技术领域，包括步骤一、建立储氢瓶封头段子午线旋转映射模型；步骤二、储氢瓶封头段模型机理验证；步骤三、储氢瓶封头段模型滑移系数计算；步骤四、建立储氢瓶圆柱段纤维路径模型；步骤五、储氢瓶最优缠绕参数选取；步骤六、储氢瓶纤维缠绕成型仿真。本发明拓展了储氢瓶缠绕线型设计空间，弥补了储氢瓶缠绕线型方案设计思路空白，避免了传统方法龙格库塔法在极孔处90°求解非测地线产生的奇异性问题。

本发明涉及一种纳米纤维光解水制氢催化剂及其制备方法，所述纤维材料以含活性线性共轭聚合物和常用基体聚合物的溶液为原料，通过静电纺丝获得。而通过本发明方法在不添加贵金属助催化剂的情况下最终所得催化剂的制氢速率可达145μmol h‑1g‑1。

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层及其制备方法，方法为：将主要由纤维状粘合剂、水、分散剂和长径比不同的碳纤维组成的碳纤维悬浮液进行抄纸和干燥得到碳纤维原纸后，在氮气或惰性气体保护下对其进行碳化和石墨化处理得到质子交换膜燃料电池用气体扩散层；纤维状粘合剂是由酚醛树脂与其他树脂组成的复合纤维或共混纤维；最终制得的质子交换膜燃料电池用气体扩散层具有孔梯度，且孔径最小的一层为本征微孔层。本发明的方法减少了原纸浸润树脂的步骤，可实现碳纸与微孔层的一体化成型，减少后续微孔层的涂敷制备，工艺简单，降低成本。

本发明公开了一种高温质子交换膜燃料电池‑热电制冷装置，包括高温质子交换膜燃料电池、热电发生器、热电冷却器及低温热源，其特征在于，所述热电发生器与热电冷却器串联在一起形成闭合回路，热电发生器产生的电压在闭合回路中生成电流，利用高温质子交换膜燃料电池的余热，通过热电效应产生电能，将低温热源热量吸收传递至热电冷却器热端，然后排放到周围环境中去。本发明利用热电发生器有效回收高温质子交换膜燃料电池余热从而产生额外的电能，进一步驱动下层半导体制冷，实现了能量的合理利用，提高了能量利用效率。

本发明涉及一种连续式多隔室类燃料电池膜电极结构二氧化碳电化学还原反应器。该反应器中部设有零距离反应装置，该装置依次设有第一块硅胶垫片(1)、第二块硅胶垫片(2)、离子交换膜(5)、第三块硅胶垫片(3)、第四块硅胶垫片(4)，这四块硅胶垫片中间设有连通槽，第一块硅胶垫片(1)和第二块硅胶垫片(2)的连通槽中设置阴极(9)，第三块硅胶垫片(3)和第四块硅胶垫片(4)的连通槽中设置阳极(10)。该反应器能显著提高二氧化碳电化学还原进程中的电流密度，极大的减少了能量损耗。

本发明公开了一种碱性燃料电池‑温差热电制冷混合装置，包括依次复合的碱性燃料电池、热电发生器、板翅式换热器、热电冷却器及低温热源，其特征在于，所述热电发生器与热电冷却器串联在一起形成闭合回路，热电发生器产生的电压在闭合回路中形成电流，利用碱性燃料电池的余热，通过塞贝克效应、焦耳热效应和热传导产生电能，将低温热源热量吸收传递至热电冷却器放热端，再由板翅式换热器强化换热传递至周围环境中。本发明利用热电发生器有效回收碱性燃料电池余热从而产生额外的电能，进一步驱动下层半导体制冷，实现能量的合理利用，同时使用板翅式换热器强化换热，提高整体能量转换效率。

本发明公开了一种磷酸燃料电池与两级半导体复合发电装置，包括一个PAFC装置和一个TTEG装置，其特征在于，所述PAFC装置包括PAFC，其阴极和阳极均为涂有铂催化剂混合物的多孔石墨电极，其电解质为分散在碳化硅基体中的磷酸溶液，PAFC通过电化学反应，将燃料中的化学能转化为电能输出，同时产生余热；所述TTEG装置包括顶层热电半导体，利用PAFC反应产生的余热作为高温热源，在温差作用下产生电能；底层热电半导体，以顶层热电半导体放出的热量作为高温热源，以环境作为低温热源，在温差作用下产生电能。本发明利用TTEG回收PAFC余热产生额外的电能，合理回收PAFC余热，实现能量的梯级利用。

本发明涉及一种低内阻的微生物燃料电池型复合人工湿地，包括下行流人工湿地(27)、硫酸亚铁补充罐(10)、上行流人工湿地(28)和出水沉淀池(21)。本发明通过降低内阻提高微生物燃料电池型人工湿地的生化电子转移效率，提高有机污染物的降解效率。

本发明涉及一种具有可见光分解水制氢性能的复合化Pt/TiO2‑xNx催化剂及其制备和应用，催化剂是由铂颗粒和介孔氮掺杂二氧化钛构筑的团聚体；制备方法包括：钛硅复合氧化物凝胶制备，介孔TiO2‑xNx复合物溶液制备，铂纳米颗粒的悬浊液制备，复合化Pt/TiO2‑xNx催化剂制备；催化剂应用于以可见光为光源的光催化分解水制氢。本发明工艺和设备简单，易得，制备周期短，易于大规模生产；得到的催化剂比表面积高，且具有较高的可见光吸收范围，在可见光下分解水制氢的效率高。

本发明涉及一种纳米铂包覆富勒烯微球的燃料电池催化剂的制备方法，包括：将富勒烯C60、4‑吡啶甲醛和肌氨酸溶于溶剂中，在氮气环境下反应，分离，重结晶，得到吡啶基取代富勒烯衍生物，将该衍生物和氯铂酸钾溶于溶剂中，超声，搅拌反应，冷却，离心，洗涤，干燥，即得。本发明的方法简单、快速，可宏量制备，制备得到的纳米铂包覆富勒烯微球的催化剂催化活性高，对甲醇催化氧化性能较商业化催化剂好，在燃料电池中具有潜在应用前景，克服了催化剂合成复杂和催化性能差等缺点。

本发明公开了一种生物炭基质阳极的空气阴极微生物燃料电池人工湿地，所述人工湿地的上层为好氧区，下层为缺氧区；好氧区、缺氧区内分别布置有阴极电极、生物炭基质阳极电极；污水经由供水系统及入流布水管进入厌氧区，由微生物氧化有机物产生电子和质子，电子经由下层厌氧区的生物炭基质阳极电极通过外电路传递到上层好氧区的阴极电极，质子则透过填料介质传入好氧区，质子通过溶液扩散至好氧区与电子和氧气结合生成水，最终污水通过上层好氧区微生物的净水后经出流集水管至排水系统。本发明能高效去除有机物和提高产生电能，有效改善水质pH、人工湿地中生物多样性，处理效果好，运行维护成本低，节能环保。

本发明涉及一种以富勒烯花球为载体的燃料电池催化剂的制备方法，包括：(1)氮气保护下，将富勒烯C60、对异丙酯基苯甲醛和肌氨酸在甲苯中90-115℃回流反应5-10h，然后浓缩、分离提纯、重结晶，得到N-甲基-2-(4-异丙酯基苯基)[60]富勒烯吡咯烷衍生物；(2)将上述衍生物溶解在有机溶剂中，然后滴在导电玻璃基底上自然干燥进行自组装，即得富勒烯花球修饰的导电玻璃基底；(3)将上述导电玻璃基底作为工作电极，置入氯铂酸溶液中，利用循环伏安法进行金属铂沉积，即得。本发明制备方法简单快速，制备的催化剂性能好以及对甲醇催化氧化性能好，在燃料电池中具有潜在应用前景。

本发明涉及一种用于燃料电池的空心核壳催化剂的制备方法，包括：（1）室温下将氯化钴、氯化镍中的一种或两种与柠檬酸钠配制成水溶液，超声振荡条件下用硼氢化钠还原，得到纳米核；（2）将上述纳米核超声振荡负载到羧基化多壁碳纳米管上，加入硼氢化钠溶液后，再滴加氯铂酸或氯化钯水溶液超声振荡30～60min得到纳米壳，最后洗涤、干燥即得空心核壳催化剂。本发明通过电化学循环伏安法测试了所制备的催化剂催化氧化甲醇的性能，发现空心核壳结构催化剂较合金催化剂的性能有显著提高；本发明操作简单快捷，且制备的催化剂成本低、抗毒性高、催化性能好，具有在直接甲醇燃料电池中的潜在应用前景。

本发明提供了一种高效处理有机污水的微生物燃料电池人工湿地装置，属于污水处理与电化学耦合技术领域。其特征在于，人工湿地的多介质滤床中种植挺水植物组并布置多组曝气管及排气管，两侧设有入流布水区和出流集水区，分别连接供水系统、回流系统和排水系统，人工湿地由膨润土分为上、下两层分别布置至少一块石墨毡，下层为厌氧区(阳极室)由微生物氧化有机物产生电子和质子，上层为好氧区(阴极室)由植物及曝气管供氧，电子通过外电路传递到阴极形成电流，由于阴／阳极室氧化还原电位的不同产生电压从而构成微生物燃料电池人工湿地。本发明能同时去除有机物和产生电能，处理效果好，运行维护成本低，节能环保。

本发明提供了一种氮掺杂石墨烯燃料电池催化剂的制备和应用。所述的氮掺杂石墨烯催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氧化石墨分散于溶剂中，超声处理，得到氧化石墨烯溶液；将非贵金属盐及其水合物中的至少一种和含氮有机小分子分散于溶剂中，得到混合溶液；将氧化石墨烯溶液滴加到上述混合溶液中，蒸干溶剂，得到氮掺杂石墨烯前驱体，在惰性气体保护下升温至600～1000℃，保温1～4h，自然冷却，得到氮掺杂石墨烯催化剂。本发明的氮掺杂石墨烯制备工艺简单，所需原料成本低，产量高，易于实现工业化生产，具有很高的氧还原催化活性，可以应用于燃料电池、金属-空气电池以及微生物燃料电池等领域。

本发明提供了一种燃料电池催化剂及其制备和应用。所述的燃料电池催化剂其特征在于，其中，所述的活性组分为N，N’-二水杨醛乙二胺和过渡金属盐；所述的N，N’-二水杨醛乙二胺和过渡金属盐中的过渡金属的质量比为1：1～1：0.015；碳材料的重量与活性组分中N，N’-二水杨醛乙二胺和过渡金属盐中的过渡金属的重量之和的比例为40-90：10-60。本发明可以显著的降低燃料电池的成本，提高催化活性。

本发明涉及一种质子交换膜及其制备方法，所述的质子交换膜为聚对苯撑苯并二噁唑与多聚磷酸共混膜(PBO/PPA)，制备聚对苯撑苯并二噁唑与多聚磷酸共混膜（PBO/PPA）作为质子交换膜的方法包括：（1）聚合得到的PBO/PPA浆液；（2）将PBO/PPA浆液制成PBO/PPA质子交换膜；（3）膜的厚度可通过控制聚合物溶液的浓度和压制的温度和压力进行控制；（4）将膜取下后即可直接进行质子传导率测试及作为质子交换膜组装于H2/O2燃料单电池中考察其发电性能。本发明根据PBO刚性分子链的特点选择了合适的成膜工艺，制备工艺简单，易于控制，所得质子交换膜在高温下质子传导率较高，且发电性能优异。

本发明涉及一种细菌纤维素-Nafion夹心质子交换膜，该夹心质子交换膜为BC-Nafion-BC或Nafion-BC-Nafion结构；其制备包括：将细菌纤维素膜经碱煮和洗涤等处理得到凝胶状的细菌纤维素膜；依次叠放凝胶状的细菌纤维素膜、处理过的Nafion膜和凝胶状的细菌纤维素膜，或依次叠放处理过的Nafion膜、凝胶状的细菌纤维素膜和处理过的Nafion膜，或将凝胶状的细菌纤维素膜干燥后浸泡于Nafion溶液中，干燥，最后韧化处理即可。本发明的夹心质子交换混合膜具有较低的甲醇渗透率、较高的质子传导率和热稳定性，在甲醇燃料电池中具有良好的应用前景；本发明的制备工艺简单易行，环境污染小。

本发明涉及一种掺杂Nafion的细菌纤维素质子交换膜及制备和应用，包括：（1）将细菌纤维素膜经碱煮和洗涤等处理除去残余发酵培养基和细菌细胞，得到凝胶状的细菌纤维素膜；（2）将上述凝胶状的细菌纤维素经液氮或-80°C预冻后放入冷冻干燥机中冻干，得到冻干的细菌纤维素膜；（3）将上述冻干的细菌纤维素膜置于Nafion溶液中，充分浸泡过夜，然后干燥成膜，最后烘干韧化，即可。本发明的制备工艺方便可行，成本低廉，环境污染小；本发明得到的掺杂Nafion细菌纤维素复合膜具有较高的质子传导率、良好的热稳定性、较低的甲醇渗透率，适合用于甲醇、乙醇等为燃料的液体燃料电池复合膜。

本发明涉及一种碳负载铜酞菁燃料电池催化剂CuPc/C及制备和应用，所述的燃料电池催化剂CuPc/C按质量比包括：0.01∶0.99～0.99∶0.01的碳材料和铜酞菁；其制备方法包括：(1)将质量比为0.01∶0.99～0.99∶0.01的碳材料和铜酞菁溶于溶剂中，研磨至溶剂挥发完全，干燥，得催化剂前驱体；(2)将上述前驱体在惰性气体气氛保护下以5～25℃/min升温至600～1100℃焙烧还原处理2～4h，得到碳负载铜酞菁燃料电池催化剂CuPc/C；其应用于制备燃料电池用膜电极结合体。本发明制备方法简单操作条件和制备过程简单且易操作，价格低廉，适合于工业化生产，具有良好的应用前景。