质子交换膜燃料电池的氧电极

采用三种还原剂 ,通过化学还原沉积得到Pt/C催化剂 ,其中甲酸钠还原得到的催化剂制成的电极性能最好。为降低铂用量 ,采用Pt Pd/C混合催化剂代替Pt/C催化剂 ,通过对不同Pd含量催化剂及其电极性能的研究 ,确定了最佳配比为Pd占贵金属总含量 6 5 %。近年来Pt/C Nafion电极性能有很大提高 ,Nafion加入后堵塞了一部分气孔 ,阻碍气体传质 ,在催化剂合膏时加入一定量的无水Na2 SO4 ,电极成型后再发孔 ,Na2 SO4 被溶解掉 ,留下大量孔隙 ,透气性增加 ,在一定程度上解决了传质问题。     

质子交换膜燃料电池亲水电极研究

用质量百分比为40%Pt/C Nafion制备了亲水电极,并与Nafion112质子交换膜热压制备了质子交换膜燃料电池膜电极组件.用恒电流极化和电化学阻抗谱研究了电极组分对性能的影响,同时优化了各组分的含量.在碳纸基体和催化剂层之间引入了C/FEP催化剂支撑层,支撑层碳粉的优化载量为0.8 mg/cm2,FEP的优化质量百分含量为40%.电极催化剂层Pt的适宜载量为(0.40±0.05)mg/cm2,Nafion的优化质量百分含量为30%.     

一体式可再生燃料电池膜电极和流场研究

一体式可再生燃料电池(URFC)对质量限制场合有着十分重要意义.膜电极(MEA)和流场构型是影响URFC性能的主要因素,为此研究了氧电极中Pt和Ir催化剂比例和两种流场构型,以及电池工作温度.通过电池双模式循环工作效率来评价膜电极和流场对一体式可再生燃料电池性能的影响.结果表明:最佳催化剂比例是:Pt与Ir质量比3∶1...     

质子交换膜燃料电池CCM膜电极

采用喷涂工艺制备了三合一(CCM,Catalyst Coated Membrane)型质子交换膜燃料电池膜电极,研究了分散剂、催化剂、质子交换膜对膜电极性能的影响.结果表明:CCM型膜电极的放电性能好于传统热压方法制备的膜电极;乙醇、异丙醇和乙二醇等水溶液分散剂对CCM膜电极中低电流密度区放电性能影响不大,而在高电流的浓差极化控制区乙二醇最佳,而乙醇最差;优化催化剂的Pt担量和阴极催化剂的用量能够显著提高膜电极的性能,而通过减小质子交换膜的厚度,降低膜的面电阻可以进一步提高膜电极的放电性能.     

甘油和乙醇在Pt-CeO2/C电极上的氧化

用交替微波加热法快速制备CeO2/C复合材料,进而制备Pt-CeO2/C.用电化学方法研究了甘油、乙醇在KOH溶液中,在Pt/C和Pt-CeO2/C电极上的电化学氧化性能.结果显示:负载在碳粉上的Pt和Pt-CeO2催化剂对甘油和乙醇的电化学氧化具有较高的活性,而Pt-CeO2/C催化剂与Pt/C催化剂相比,表现了更好的活性和更强的抗毒化能力.     

质子交换膜燃料电池用梯度结构气体扩散电极

依次用m(Pt)∶m(Nafion)=0.4∶0.8、0.6∶0.6、0.8∶0.4和1.0∶0.2的催化剂料液分层涂覆,制备了梯度结构气体扩散电极;通过伏安曲线、扫描电镜(SEM)和循环伏安(CV)等方法,研究了电极结构对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。该梯度结构电极具有电子传导速度快、质子传递通道多的特点,催化剂Pt的利用率比亲水电极提高了32%,且能扩大催化反应的三相界面,提高PEMFC的性能。在电流密度为500 mA/cm2、1 000 mA/cm2时,使用梯度结构电极的PEM-FC的电压比使用亲水电极的分别高6.9%、13.7%。     

Na~+对PEMFC Pt/C气体扩散电极的影响

采用燃料电池半电池体系模拟了质子交换膜燃料电池(PEMFC)中Na+污染气体扩散电极时的工况,研究了Na+对PEMFC常用的Pt/C气体扩散电极性能的影响.通过循环伏安曲线和电化学阻抗谱,测试了电极在Na+污染前后催化层电化学比表面积(ECA)和电极反应界面上的电荷转移电阻发生的变化.实验结果表明,随Na+污染浓度的增大,电极性能逐渐下降;污染后电极催化层电化学活性比表面积出现明显减少,当污染物浓度为10 000X 10-6时,ECA降低了43%;外加相同电位时,随Na+污染的增加,电极反应界面上的电荷转移电阻逐渐增大.Na+的存在对Pt/C气体扩散电极具有明显毒化作用.     

PMo_(12)修饰Pt/C电极对甲醇的催化氧化研究

为了提高直接甲醇燃料电池阳极催化活性,通过浸渍法制备了PMo12修饰Pt/C电极,并采用粉末微电极技术比较研究了PMo12修饰Pt/C电极在硫酸溶液中的电化学性质及其对甲醇氧化反应的电催化性能。结果表明,甲醇在PMo12修饰Pt/C电极上的氧化速度能够明显提高。     

国产材料燃料电池膜电极的性能研究

为降低燃料电池成本,促进国产燃料电池关键材料的广泛应用,利用国产石墨碳纸、国产全氟磺酸质子交换膜、国产Pt/C催化剂等燃料电池关键材料,采用基于固体电解质支撑催化层的工艺制备了膜电极多层组件.并组装了常压氢-空质子交换膜燃料电池,并对电性能进行了测试分析.通过对国产材料膜电极催化剂层载量、平整层载量以及制备工艺的优化,制备出了性能稳定的高性能国产材料膜电极.实验结果表明,在常压、操作温度为60℃、加湿温度50℃的条件下,国产材料H2-Air燃料电池的最高比功率可达到0.55 W/cm2.实验表明.国产材料膜电极活性面积从5cm2增大到25 cm2.电池在0.5 V至开路区间的电性能几乎没有衰减,为大面积电堆的应用打下了坚实的基础.     

碳化钨增强Pt/C电催化剂上的析氢反应

研究了碳化钨(WC)增强Pt/C(Pt-WC/C)作为析氢反应的电催化剂,结果显示:Pt-WC/C电催化剂的催化析氢性能比Pt/C电催化剂高.当电流密度为200 mA/cm2时,在载有120 μg Pt-120 μg WC/C电催化剂的电极上比载有240 μg Pt/C电催化剂的电极上过电位降低了将近60 mV;Pt-WC/C电催化剂中使用较少的Pt,但催化活性有了很大的提高.提高H2SO4浓度和温度,都能提高析氢性能.动力学研究表明:Pt-WC/C电催化剂上的催化析氢反应比在Pt/C电催化剂上有更大的交换电流密度和更小的反应活化自由能.     

PtCr/C-Nafion 膜氧电极的电催化活性

氧还原电催化剂的研究对聚合物电解质膜燃料电池技术的发展具有极其重要的意义。实验表明某些碳载铂的二元合金可以改善聚合物电解质膜燃料电池中氧还原的电催化性能。本工作的目的是考察ＰｔＣｒ／Ｃ作为氧电极催化剂的活性。采用松木碳为载体和水合肼为还原剂,通过化学还原沉积法制得Ｐｔ／Ｃ和ＰｔＣｒ／Ｃ催化剂。通过涂层和热压得到催化剂－Ｎａｆｉｏｎ膜电极。用电流－电位极化和恒电流放电法研究了催化剂－Ｎａｆｉｏｎ膜电极的性能。与Ｐｔ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜电极比较,ＰｔＣｒ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜电极对氧的电化学还原显示出高的活性。热处理催化剂的活性比未热处理的高。ＸＲＤ分析结果表明,热处理催化剂活性的提高看来主要是由晶格结构改变的结果引起的。     

呋喃甲醛改性壳聚糖铜、钴螯合物电催化性能

合成了呋喃甲醛改性壳聚糖(FCS).将其与一定pH值的含Co2 、Cu2 硝酸铵溶液反应,制得呋喃甲醛改性壳聚糖金属钴、铜的螯合物(CoFCS、CuFCS),采用红外光谱法(IR)对FCS、CoFCS、CuFCS进行了表征.使CoFCS、CuFCS与碳基体混合,在氩气保护一定温度下热处理后,制成空气电极,通过测试极化曲线和放电曲线,研究了它的电催化性能.结果表明,CoFCS/C和CuFCS/C具有良好的氧气还原电催化性能,且CoFCS/C优于CuFCS/C.     

燃料电池氧阴极催化剂的研究

以松木碳为载体,水合肼为还原剂,采用化学还原沉积法制备了Ｐｔ－Ｍｎ／Ｃ催化剂。通过涂敷和热压制得Ｐｔ－Ｍｎ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜氧阴极。采用电流—电位极化和恒电流放电法研究了Ｐｔ－Ｍｎ／Ｃ－Ｎａｆｉｏｎ膜氧阴极的性能。与我们以前报导的Ｐｔ／Ｃ和Ｐｔ－Ｃｒ／Ｃ催化剂比较,Ｐｔ－Ｍｎ／Ｃ催化剂对氧的电还原显示出更高的活性。考察了Ｍｎ含量对电极性能的影响。另外,Ｐｔ－Ｍｎ／Ｃ催化剂经热处理后性能有较大的提高。ＸＲＤ分析的结果表明,热处理催化剂活性的提高看来主要是由晶格结构改变的结果引起的。     

不同炭载体对铝水储氢电池复合正极的影响

采用化学还原法制备了以炭为载体的Ni/C复合正极材料.运用扫描电子显微镜法(SEM)和X射线衍射光谱法(XRD)对目标材料Ni/C的形貌和结构进行了分析,通过稳态极化曲线研究了Ni/C膜电极在中性电解液中的活性,将Ni/C膜电极与铝合金组装成的铝水储氢电池进行了恒流放电实验以研究放电性能.考察了活性炭,中间相炭微球和炭黑不同炭载体对目标材料性能的影响.结果表明:以炭黑为载体的电催化剂在中性电解液中具有优良的电催化活性.     

碱性醇类燃料电池新型催化剂的研究

用交替微波加热法快速制备CeO2/C复合材料,进而制备Pt-CeO2/C。用电化学方法研究了甲醇、乙醇、甘油和乙二醇在KOH溶液中在Pt/C或Pt-CeO2/C电极上的电化学氧化性能。结果显示负载在碳粉上的Pt和Pt-CeO2催化剂对四种醇的电化学氧化具有较高的活性。而Pt-CeO2/C催化剂与Pt/C催化剂相比表现了更好的活性和更强的抗毒化能力。     

N,Sn掺杂的TiO_2对Pt/C电催化活性的影响

研究了N及Sn元素掺杂的TiO2(NTT)对Pt/C电催化活性的影响,并在全增湿及低增湿工况下,考察了NTT/Pt/C催化剂所构成的质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能。制备了N及Sn掺杂的TiO2,X射线光电子光谱法(XPS)、透射电子显微镜法(TEM)及X射线衍射光谱法(XRD)表征说明N及Sn元素已经掺入到TiO2中,其颗粒平均粒径为14.3nm,晶形为单一锐钛矿型。以不同比例混入Pt/C催化剂后,对NTT/Pt/C共混催化剂进行了循环伏安扫描和旋转圆盘电极测试,研究了其对Pt/C催化剂电化学活性面积及氧还原半波电位的影响;并在不同增湿条件下,在单电池中对NTT/Pt/C及Pt/C催化剂进行了测试。结果发现NTT不仅可以促进Pt/C催化剂活性,并且具有一定的保水能力,在低增湿工况下可以显著提升PEMFC的性能。     

PEMFC用Pt/C催化剂耐久性的研究进展

总结了质子交换膜燃料电池(PEMFC)用Pt/C催化剂在长时间运行过程中性能衰减的主要原因及近年来提高Pt催化剂稳定性的方法.性能衰减的主要原因有:Pt在碳载体上的迁移、团聚;Pt纳米粒子的溶解再沉积;Pt中毒及碳载体的腐蚀.选用更稳定的载体和Pt合金化是提高稳定性研究的重点,通过对Pt进行封装也可提高Pt/C催化剂的稳定性.     

炭载体前处理对Pt/C催化剂Pt分散性的影响

通过对VulcanXC-72炭黑进行不同条件的处理获得了具有不同表面化学性质的载体,使用比表面积(BET)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、酸碱滴定等技术手段对载体的物理化学性质进行了表征。以甲醛为还原剂,氯铂酸为前驱体,经过前处理的VulcanXC-72炭黑为载体,制备了Pt/C电催化剂,利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)技术对催化剂进行了表征,考察了炭黑的不同处理条件对Pt/C催化剂分散性的影响。实验发现VulcanXC-72炭黑经过处理后,表面酸性含氧官能团的含量有较大的变化;使用官能团含量较低的炭黑(N2处理)作为载体制备的Pt/C催化剂,Pt颗粒分散性较高,并在单体电池性能测试中显示了最高的催化活性。