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2023年 第29卷 第9期    刊出日期：2023-09-28

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目次

第29卷第9期封面和目次

2023, 29(9):  0-0. 

摘要 ( 22 )   PDF (106934KB) ( 57 )  

相关文章 | 计量指标

展望



面向高性能锂-硫二次电池应用的非对称电极-电解质界面

丑佳, 王雅慧, 王文鹏, 辛森, 郭玉国

2023, 29(9):  2217009.  doi:10.13208/j.electrochem.2217009

摘要 ( 263 )   RichHTML ( 31)   PDF (3083KB) ( 385 )  

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

锂-硫电池具有高的理论电芯比能量和低成本，是极具应用前景的下一代电化学储能技术，已被广泛研究。实用化锂-硫电池技术目前面临的挑战主要包括正极侧电活性硫物种在充放电过程中的不可逆损失，负极侧枝晶形核生长，以及因活性硫迁移至负极而导致的界面副反应，上述问题会导致电池工况条件下性能迅速衰退，引发电池失效和安全问题。本工作中，我们提出通过设计非对称的电极-电解质界面稳定锂-硫电池正负极电化学，协同促进电极/电解质体相和界面电荷输运，从而延长电池循环寿命，显著提升电化学性能。本文所讨论的策略有望指导电池界面理性设计，助力实现高性能的锂-硫电池。

论文



质子交换膜燃料电池阴极催化层疏水性优化

陈浩杰, 唐美华, 陈胜利

2023, 29(9):  2207061.  doi:10.13208/j.electrochem.2207061

摘要 ( 571 )   RichHTML ( 30)   PDF (2641KB) ( 718 )  

数据和表 | 参考文献 | 补充材料 | 相关文章 | 计量指标

本文采用CCM法（catalyst coated membrane）技术，结合单电池极化曲线、电化学阻抗谱、极限电流法和表面接触角等多种表征技术，系统研究了直接聚四氟乙烯（PTFE）分子添加以及PTFE修饰的疏水性碳（PTFE@XC72）等不同疏水化方法对质子交换膜燃料电池（PEMFC）的阴极催化层电化学性能、氧气传输阻抗和质子传输阻抗的影响。在此基础上，通过构建PTFE梯度化疏水性结构来进一步优化PEMFC的性能。结果表明，与添加PTFE@XC72相比，直接添加适量的PTFE分子对膜电极（MEA）性能提升效果更为显著，这主要与该疏水结构可在维持高速质子传导的同时，极大降低催化层的氧气传输阻抗有关。当直接添加的PTFE与催化层中碳载体的质量比为0.1时，MEA呈现最好的性能。在添加PTFE@XC72的MEA中，由于额外的碳颗粒导致催化层厚度增加，延长了反应物质的传输路径，从而使得质子传输阻抗和氧气传输阻抗均上升。在此基础上，通过在催化层不同位置直接添加PTFE构建梯度化疏水性结构。结果表明，当适量PTFE靠近催化层与气体扩散层界面分布时，MEA呈现最好的性能，峰值功率密度比未经疏水性处理的膜电极高接近20%，氧气传输阻抗大幅降低。



碱性电解槽三维两相CFD模拟研究

高玲玉, 杨琳, 王晨辉, 单桂轩, 霍欣怡, 张梦飞, 李韡, 张金利

2023, 29(9):  2207081.  doi:10.13208/j.electrochem.2207081

摘要 ( 1022 )   RichHTML ( 44)   PDF (7051KB) ( 1088 )  

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电解槽的结构和运行参数对碱性水电解的性能起着重要作用。针对工业碱性水电解槽紧凑的装配结构，特别是在电流密度大于5000 A·m^-2时，本文首次建立了耦合电场和欧拉-欧拉k-ε湍流流场的三维数值模型，以准确模拟碱性水电解槽的性能。将模拟结果与实验数据进行比较，验证了模型的准确性。通过电解槽内部电场和流场特性的反馈，确定了适合的浓度、流量的操作条件和流道结构的优化设计方法。适当增加电解液浓度和流速有利于降低槽电压。KOH水溶液的最佳浓度和流速分别为6.0 - 8.0 mol·L^-1和30.0 - 45.0 mL·min^-1。随着电极与隔膜距离的增加，欧姆过电压显著增加；流道高度和双极板上导流柱的排列方式对电压的影响微弱，但三角形排列的导流柱和流道高度的增加有利于提高流体的分布均匀度，适当增加导流柱之间的距离有利于降低槽电压。多流体出入口电解槽有利于产生更均匀的流体分布，流道高度对多出入口电解槽同样影响不大。宽导流柱间距的多流体出入口电解槽G-2.5-T-0-5-3，配合高流量，既能降低槽电压，又能提高电解质在电极面的法向流速，使电解槽发挥最佳性能。本工作对碱性水电解高效电解槽的放大设计和优化具有一定指导意义。



电加热微电极传热模式的结构依赖性研究

李炬, 杨森, 孙建军

2023, 29(9):  2203211.  doi:10.13208/j.electrochem.2203211

摘要 ( 249 )   RichHTML ( 10)   PDF (1667KB) ( 330 )  

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近年来，电加热微电极在电分析化学中得到了广泛的关注。研究表明，在高温下促进质量传输和反应动力学通常会导致电流信号增加。然而，目前还没有关于微电极内部传热的研究，这对于微传感器的设计和操作是必要的。本文利用有限元模拟软件（COMSOL）来分析影响表面温度（T_s）的因素，这对线圈加热的微盘电极的加热能力至关重要。电极表面和加热铜线底部之间的距离也与T_s（R² = 1）有良好的线性关系。考虑到成本，25 mm长的金丝足以获得相对较高的T_s。此外，当电极材料为金且金盘直径为0.2 mm时，可以获得最高的T_s。本文还研究了不同温度下加热铜线直径与电流的关系。仿真结果有望为电加热微传感器的设计和实际应用提供重要帮助。