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清华首次发现磁场加速氧气泡运动,既降低电能消耗又提高电池寿命
金陵 2016-05-26
导语

在金属 - 空气电池,再生燃料电池,电化学水分解,电解精炼和电合成等领域中,都普遍存在释放氧气的过程。众所周知,附着在电极表面的氧气泡会阻塞电化学反应,而且氧气泡运动主要取决于催化剂的活性。然而,氧气泡以受控的方式运动仍然是一个挑战性的问题。​

在金属 - 空气电池,再生燃料电池,电化学水分解,电解精炼和电合成等领域中,都普遍存在释放氧气的过程。众所周知,附着在电极表面的氧气泡会阻塞电化学反应,而且氧气泡运动主要取决于催化剂的活性。然而,目前氧气泡以受控的方式运动仍然是一个挑战性的问题。

日前,清华大学汽车系裴普成教授指导的研究团队在英国《自然》旗下的《科学报告》(Scientific Reports)上发表论文《磁场诱导液体中气泡的运动行为》(Magnetic field induced motion behavior of gas bubbles in liquid)。

研究发现,锌-空气电池充电过程中施加磁场能使电解液快速自动流动。在条形槽锌-空气电池充电中,一侧电极释放的氧气泡在磁场作用下沿着电极表面定向移动,驱使电解液流动;在方形槽锌-空气电池充电中,氧气泡在磁场作用下做旋转运动。气泡运动方向取决于磁场方向,气泡运动速度与磁场强度、充电电流呈正相关性。

图:电解液中气泡在磁场作用下运动。

图:锌-空气电池充电过程中磁场使电解液快速运动。

此现象消除了锌-空气电池电极表面气泡集聚,降低了电能消耗,遏制了降低电池寿命的枝晶生长,使电解液成分和温度更均匀。该项研究成果还可应用于其它金属-空气电池的充电、金属-空气燃料电池的燃料还原、电解制气、金属电解提纯、电镀等领域。

文章链接:

Wang Keliang, Pei Pucheng, Pei Yu, Ma Ze, Xu Huachi, Chen Dongfang. Magnetic field induced motion behavior of gas bubbles in liquid. Scientific Reports, 2016, 6: 21068.

裴普成教授简介:

清华大学汽车系教授,博士生导师,车用动力研究所所长,Email:pchpei@tsinghua.edu.cn 

个人主页:点击此处进入

研究方向:氢能燃料电池、金属-空气类电池与燃料电池、内燃机与新型热力循环;

在氢能燃料电池领域,主要从事燃料电池设计、测评与故障诊断的技术和基础研究。在研的内容有,燃料电池寿命快速评价方法、燃料电池故障诊断新技术、燃料电池堆内多片膜电极状况同步检测方法、燃料电池双极板设计技术等。

在金属-空气类电池与燃料电池领域,重点开展锌空电池、锌空燃料电池、铝空燃料电池的设计技术研究,逐步实现产品化,同时探索新型高能电源技术。

在内燃机与新型热力循环领域,以节能为目的,重点开展内燃机燃烧室和进排气系统设计、内燃机与整车最优化匹配、新型循环发动机研究等。

(本文信息来源:清华大学网站;由e科网整理编辑

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作者 金陵

本科生

北京大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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