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。     

Nafion 浸渍的 PEMFC 氧电极性能研究

研究了气体扩散层对聚合物电解质膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）膜电极性能的影响,并比较了Ｎａｆｉｏｎ浸渍和ＰＴＦＥ粘接两种电极制备工艺,分析了采用Ｎａｆｉｏｎ溶液浸渍氧电极后性能提高的原因。实验发现：气体扩散层影响膜电极性能,采用低电阻值的碳纸有利于膜电极性能的提高;采用Ｎａｆｉｏｎ溶液浸渍ＰＴＦＥ粘接的电极显著提高了电极性能,这归因于氧还原反应三维反应区的扩展。     

质子交换膜燃料电池研究进展

介绍了目前世界上主要燃料电池的特性;概述了质子交换膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）在潜艇、汽车、飞船等领域的应用前景;综述了ＰＥＭＦＣ的主要基础研究进展;提出了ＰＥＭＦＣ双网络膜电极概念,其催化层由具有高气体扩散率的薄层Ｎａｆｉｏｎ被覆Ｐｔ／Ｃ催化剂网络和具有高质子电导率的厚层Ｎａｆｉｏｎ被覆碳黑电解质网络互联套构而成。     

质子交换膜燃料电池电极结构的扫描电镜分析

质子交换膜燃料电池采用固体聚合物膜为电解质,简化了电池的水和电解质管理;薄的电解质膜使其可以获得非常高的比能量;高度可靠性和环境友好使其在用于航天、陆地和水下设备电源等方面具有广泛的应用前景。良好的电极结构是获得高的电池性能的先决条件。本文采用扫描电镜,对质子交换膜燃料电池的铂电催化剂、电极表面和电极切面等进行了分析。结果表明：只有良好地分散,催化剂才有较大的表面积;电极的催化层经热压后,厚度减薄一半;在电极内过多地浸入Ｎａｆｉｏｎ将增大电解质电阻,采用喷涂法向电极内浸入Ｎａｆｉｏｎ易在电极表面形成一层电解质薄膜,造成电极内Ｎａｆｉｏｎ不足,表面过剩,减少电极反应界面和增大质子传递阻力。     

碱性燃料电池中氢电极催化剂的研究

Ｐｔ是燃料电池中氢氧化所常用的一种催化剂。为了提高Ｐｔ的利用率,充分发挥Ｐｔ的催化性能,制备出高度分散、载量低的Ｐｔ／Ｃ催化剂。研究了Ｐｄ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｌａ对Ｐｔ／Ｃ催化剂的影响,并以各种催化剂制备成电极,测量了电极的极化曲线。发现Ｐｔ－Ｎｉ－Ｌａ／Ｃ是一种很好的氢电极催化剂。     

电极结构对质子交换膜燃料电池性能的影响

采用沉积法制备质子交换膜燃料电池电极,研究了电极结构对电池性能的影响。催化层内憎水材料聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）形成憎水孔,为气体传递提供通道,减小传质过电位,但是过多的ＰＴＦＥ将增大电子阻力;催化层内浸入质子导体Ｎａｆｉｏｎ,为质子传递提供通道,增大电化学反应界面,提高催化剂的利用率,但过多的Ｎａｆｉｏｎ将减少气体通道,增大气体传递阻力;同样催化层中催化剂亦有最适值,过少不能满足电极电化学反应的要求,过多将增大气体和质子传递阻力。本文所制的电极在获得最佳电池性能时,催化层内催化剂Ｐｔ为６ｍｇ／ｃｍ２,Ｎａｆｉｏｎ为０．５ｍｇ／ｃｍ２,ＰＴＦＥ为１０％。     

质子交换膜燃料电池中氢电极和氧电极性能的研究

采用三种活性碳和三种还原剂,通过化学还原得到Pt/C催化剂.将涂在碳布上的Pt/C催化剂在125℃下热压在Nafion膜上,制成氢电极和氧电极,用循环伏安和极化方法研究了Pt/C-Nafion膜电极的性能.结果表明,这种电极的性能主要与活性碳的种类有关,而制备催化剂的还原剂起着次要的作用.对质子交换膜燃料电池的电流-电压性能和放电行为进行了初步研究.     

CoPc/C催化剂及气体扩散电极的氧还原性能

制备了碳载酞菁钴(CoPc/C)催化剂及气体扩散电极;在酸性介质中,用循环伏安、线性扫描伏安法研究了COPc/C的氧还原性能;考察了催化剂的热处理温度和载量对电极氧还原性能的影响.经700℃热处理的催化剂性能较好,气体扩散电极中催化剂的适宜载量为5 mg/cm2,电极具有良好的耐甲醇性能.交流阻抗谱的模拟结果显示,气体扩散电极的氧还原反应由电荷传递阻抗和电化学吸附阻抗共同决定.     

碱性燃料电池氧电极的研究——Ni,Bi,Hg 对 Ag/C 催化剂活性的影响

报道了一种新的碱性燃料电池氧电极的非贵金属催化剂。这种用化学还原法制备的Ａｇ－Ｎｉ－Ｂｉ－Ｈｇ／Ｃ催化剂对氧的阴极还原具有较高的活性。助催化剂Ｎｉ,Ｂｉ,Ｈｇ可以显著提高Ａｇ／Ｃ催化剂的活性,ＸＲＤ证实,助催化剂的加入使银的结晶趋于非晶态化,减小了银结晶的尺寸。经过５２００ｈ的寿命考察,催化剂活性没有明显的改变。     

质子交换膜燃料电池技术进展

通过对近年来燃料电池专利的研究 ,对质子交换膜燃料电池 (PEMFC)研究中的关键问题 ,如聚合物电解质薄膜、催化剂、电极和电极膜组件制备工艺、流场的设计模式等进行分析 ,简单介绍了聚合物电解质薄膜、高活性催化剂、高性能电极和电极膜组件的制备工艺以及流场设计模式的发展和现状。指出提高电极的交换电流密度 ,降低电池的内阻是提高电池性能的基础 ,合理的流场设计模式是电池整体性能稳定的保障 ,各个因素相互影响。     

质子交换膜燃料电池Pt/C催化剂的回收再利用

回收质子交换膜燃料电池(PEMFC)失效的Pt/C催化剂,通过高温灼烧得到贵金属Pt渣。Pt渣经适量王水溶解、煮沸、浓缩和再稀释制成H2PtCl6溶液。以H2PtCl6为Pt的前驱体,采用无机胶体法重新制备出PEMFC用Pt/C催化剂。透射电子显微镜测试结果表明,采用优化的工艺条件所制备的Pt/C催化剂平均粒径为2.6nm,且分散性好、粒度均匀。X射线衍射分析表明,催化剂中Pt(111)晶面的相对含量较高,其面间距较小,且催化剂的结晶度略有降低,这些结构特点对催化氧还原反应是有利的。循环伏安法测试表明所制备的Pt/C催化剂对氢和氧电极过程具有良好的电催化性能。     

水热法制备质子交换膜燃料电池阴极Pt/C催化剂

采用硫代乙酰胺(TAA)为沉淀剂,水热法合成40%Pt/C质子交换膜燃料电池阴极催化剂,通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)考察了Pt/C催化剂的物理性能,并利用循环伏安法(CV)分析了催化剂的电化学活性,采用旋转圆盘电极(RDE)评价了催化剂的氧还原催化活性。实验表明水热硫化物沉淀法合成催化剂受反应pH值、氯铂酸与沉淀剂硫代乙酰胺的配比、H2热处理等制备条件的影响,制得的Pt/C催化剂粒径小(平均粒径3nm左右)并且分布均匀,催化性能较好。     

膜电极性能的影响因素研究

文章以有机多孔膜为电极支撑体制备了亲水电极,用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)。考察了电极在全氟代磺酸离聚物(Nafion)的玻璃化温度处理、催化层中Nafion的含量、以及不同厚度的有机多孔膜等因素对电极性能的影响。测试结果表明亲水电极中Nafion分子的有序排列可以减小电极的极化,减小作为电极支撑体的有机多孔膜的厚度有利于电极性能的提高。采用70%Pt/C制备电极时,Nafion的最佳含量为25%,在1000mA/cm2的电流密度下,电池电压为0.615V。     

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.     

离子修饰纳米Pt的合成及其在FC中的应用

介绍了Nation聚合物作为修饰离子,合成具有原位质子导电能力的纳米Pt颗粒;TEM分析显示：Pt颗粒的平均粒径为4nm,颗粒之间界限明显,分散状态良好;将这种离子导体修饰的纳米Pt沉积到纳米碳管(CNTs)表面作为质子交换膜燃料电池催化电极,纳米碳管相互缠绕在催化层形成交联的电子通道。实验结果表明：Pt颗粒表面具有良好的质子、电子和气体通道,单电池具有良好的输出功率,达到2．8W／mg。     

低铂Pt/FePO_4/C催化剂在PEMFC中的应用

采用乙二醇还原法制备了Pt含量为5%(质量分数)的Pt/C和Pt/FePO4/C催化剂,并用透射电镜(TEM)表征催化剂的形貌.催化剂中Pt粒子在载体上高度分散,且粒径均匀.Pt/FePO4/C和Pt/c催化剂的平均粒径分别为1.2nm和0.9 nm.实验结果表明,Pt/FePO4/C催化剂具有较Pt/C更高的电化学活性比表面积和催化氧还原的活性.分别利用两种催化剂制备PEMFC阴极,Pt的担量均为0.08mg/cm2.以氧气为阴极反应气时,采用Pt/FePO4/C和Pt/C的PEMFC单电池的峰值功率密度分别为763mW/cm2和663mW/cm2;阴极催化剂质量比功率分别为9.54kW/g Pt和8.29kW/gPt;即作为PEMFC阴极催化剂,Pt/FePO4/C具有更高的催化活性.     

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。     

质子交换膜燃料电池催化剂的稳定性

质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化面临的一个主要问题是电池的耐久性问题,催化剂的稳定性下降是影响其寿命的关键因素之一。从Pt的溶解再沉积,Pt的团聚长大及碳载体的腐蚀等方面探讨了影响催化剂稳定性的主要因素,概述了提高催化剂稳定性的几种研究思路,并对PEMFC催化剂的发展趋势进行了展望。