质子交换膜燃料电池阴极铂合金催化剂研究进展

氧电极还原电催化剂对于质子交换膜燃料电池的发展具有重要的意义.综述了阴极铂合金催化剂的研究现状,包括催化剂的制备方法、影响催化剂性能的主要因素、合金催化剂性能提高的机理分析等.     

PEMFC Pt-WO3/C电催化剂的制备与性能表征

以VulcanXC-72碳作为催化荆载体,采用分步化学沉积方法制备了碳黑担载的Pt-WO3电催化剂.通过XRD、循环伏安等物理和电化学手段对催化剂样品进行了测试和表征,结果表明该催化剂具有更高的氧还原起始电位和峰值电位,表现出良好的电催化氧还原性能,可作为质子交换膜燃料电池阴极氧还原的电催化剂.     

尿素热转化法制备Co-N-C及Co-Ti-N-C催化剂的氧还原活性和稳定性

以尿素为含氮前躯体,通过热转化法制备了质子交换膜燃料电池(PEMFC)氧还原催化剂Co-N-C及Co-Ti-N-C,考察了不同的尿素/金属比(R)、焙烧温度及钛含量等条件对Co-N-C及Co-Ti-N-C电催化剂氧还原催化活性和稳定性的影响。利用元素分析、热重、X射线衍射分析、X射线光电子能谱等方法对催化剂进行了表征,研究了催化剂的氧还原活性中心结构。结果表明,催化剂在热处理温度为800℃,尿素与金属Co的摩尔比R=12时的氧还原性能最佳,峰电位(Ep,c)达到0.142 V(vs.SCE)。催化剂Co-N-C经353 K硫酸溶液浸泡3 d后,催化剂Co-N-C的活性中心Co4N的含量增大,Ep,c正移至0.445 V(vs.SCE)。钛的掺杂没有改变催化剂的活性中心结构,明显提高了其在酸性介质中的稳定性。     

PtMo合金催化剂氧还原反应催化性能研究

采用乙二醇还原法和后续的热处理工艺制备了Pt-Mo合金催化剂。使用透射电子显微镜、X射线衍射、电感耦合等离子体发射光谱、X射线光电子能谱等方法对样品进行了形貌、结构和组分的表征。通过电化学测试方法,探究了不同催化剂的电催化活性和稳定性。结果表明：合适的热处理温度不仅提高了Pt-Mo纳米颗粒的合金化程度,而且改变了催化剂颗粒表面的电子结构和成分。所以,经过400℃热处理的PtMo/C-400催化剂表现出较好的氧还原性能,其电催化活性和稳定性均与商业J01-Pt/C催化剂相当。     

碳纳米管沉积铂和钌对PEMFC抗CO中毒能力的影响

通过催化裂解法制备了碳纳米管,对其进行氧化处理后,在其表面沉积了分布均匀、尺寸呈纳米级的铂和铂/钌颗粒.实验结果表明,当采用碳纳米管沉积铂为催化剂时,质子交换膜燃料电池的催化剂铂很容易受CO的毒化而失去活性,从而使电池的电压随电流密度的降低而迅速降低;当采用碳纳米管沉积铂/钌为催化剂时,钌能够使铂表面吸附的CO被氧化为CO₂,增加催化剂对CO的抵抗能力,使燃料电池的性能提高.     

反胶束法制备PEMFC用Pt-Ru／C催化剂

采用反胶柬法制备质子交换膜燃料电池（PEMFC）用Pt-Ru／C催化剂．反胶柬体系由环己烷、水、表面活性剂和正辛醇组成．研究了反胶束体系中水与表面活性剂的物质的量之比（ω）、不同类型的表面活性剂和不同还原剂等因素对Pt-Ru／c催化剂性能的影响．研究表明,采用SDS为表面活性剂,控制ω值在适宜的范围内,采用强还原剂KHB4,在室温下反应,可得到粒径小、分布均匀的Pt-Ru／c催化剂．透射电镜（TEM）测试结果表明,Pt—Ru粒子的平均粒径为3．1nm;X射线衍射（XRD）分析表明,Pt—Ru／c催化剂合金化程度高,相对结晶度为3．1;能量散射能谱（EDS）分析表明,形成的Pt和Ru的含量接近实验设定值在0．5mol／L的H2SO4以及与0．5mol／L的CH3OH混合溶液中的循环伏安测试结果表明,自制Pt—Ru／C催化剂与Johnson公司商品Pt—Ru／C催化剂的电化学性能相近。     

用于质子交换膜燃料电池的高活性、高稳定性PtIrFe/C三元合金催化剂

采用催化裂解法制备了多孔碳,将其作为催化剂载体,利用液相还原和真空热处理工艺制备出PtIrFe/C三元合金催化剂。采用X射线衍射、透射电子显微镜等手段对样品的结构形貌进行表征。使用电化学测试手段研究了不同热处理温度对其催化性能的影响。实验结果表明,热处理带来的合金化作用使催化剂的催化活性和耐久性得到了极大的提高。经过700℃热处理的样品,其面积比活性和质量比活性分别是传统商业Pt/C催化剂的3~4倍。     

PEMFC用抗溺水性功能化Pt/C催化剂的制备及表征

催化剂的碳载体腐蚀是Pt/C催化剂催化性能下降的重要原因,并且亲水性的催化剂增加了质子交换膜燃料电池氧电极发生水淹的风险。利用过氧化氢对XC-72碳进行氧化预处理,负载Pt后,进一步用水合肼对Pt/C催化剂还原,制备耐蚀性和抗溺水性的Pt/C催化剂。对红外光谱吸收峰进行比较可知,经双氧水处理后,XC-72碳表面的含氧官能团数量增加,其接触角小于未经处理的XC-72碳;进一步用水合肼还原氧化后的XC-72碳,接触角较氧化的XC-72碳增大22.4°,抗溺水性增强。由比表面积测定可知,双氧水处理XC-72碳,比表面积下降,但中孔比例增加,有利于Pt的负载。水合肼还原后的Pt/C催化剂较还原之前的Pt/C催化剂抗溺水性增强,接触角增大6.2°。经2000周次循环伏安扫描,水合肼还原后的Pt/C催化剂电化学比表面损失减小,耐久性提高。     

PEMFC膜电极电催化层的制备和性能

膜电极催化层的组成和电催化剂的活性对质子交换膜燃料电池的性能有很大影响．采用浸渍还原法制备出了Pt平均粒径为3．1nm的Pt／C催化剂．催化剂中Pt的粒径和在碳黑载体（VulcanXC-72）表面的分散程度采用透射电镜（TEM）进行测试．用Pt／C催化剂、适量的Nation溶液和PrFE乳液制备出质子交换膜燃料电池（PEMFc）膜电极的催化剂层,并研究了该催化剂层中PTFE含量对其性能的影响．实验表明,PTFE强烈的疏水性可以迫使部分水分向阳极反扩散,催化层中加入适量的PTFE可以使膜电极具有一定的水管理能力,在去掉辅助增湿系统的条件下具有良好的极化性能．     

恒压电沉积Pt-Fe合金催化剂及在PEMFC阴极的应用

利用循环伏安法探究Pt与Fe共沉积的还原电位, 并在此电位下在多孔碳布表面恒压电沉积制备Pt-Fe合金, 研究其作为质子交换膜燃料电池 (PEMFC)阴极催化剂的电催化活性。通过X射线衍射 (XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及场发射扫描电子显微镜 (FESEM)、能量色散谱 (EDS)、循环伏安 (CV)、单电池极化、电化学交流阻抗谱 (EIS)等测试技术对所得催化剂进行物理及电化学性能表征。实验表明, 在0.075 V电位下可还原得到Pt-Fe合金, 其颗粒在碳布表面呈空心球状且分散均匀; 共沉积时间对Pt-Fe合金催化剂成分组成有显著的影响, 随着时间的增加, 合金中Pt与Fe原子比增加, Fe相对含量下降。Fe可与Pt形成稳定的合金催化剂, 显著提高铂对氧还原的催化活性。电沉积30 min制得的合金催化剂具有最佳的催化活性。     

质子交换膜燃料电池膜电极的结构优化

膜电极(membrane electrode assembly,MEA)是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的核心部件,为PEMFC提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所。为了实现燃料电池商业化目标,需要制备高功率密度、低Pt载量、耐久性好的MEA。在MEA中除了催化剂以外,各功能层结构、层与层之间的界面都对MEA的性能具有重要影响。传统方法(CCS法和CCM法)制备的MEA在结构上有很多缺陷,明显制约了Pt的利用率和系统传质能力。通过优化各功能层结构消除缺陷,将有利于进一步提升PEMFC综合性能。本文从传统MEA结构存在的问题出发,梳理了近年来关于催化层、质子交换膜和气体扩散层结构优化方面的文献,归纳总结了各先进结构的制备方法、构效关系以及优缺点,对未来高性能、低成本和长寿命的MEA的开发具有指导意义。     

Fe-PPy-TsOH/C用作质子交换膜燃料电池氧电极催化剂的研究

氧电极催化剂是制约质子交换膜燃料电池(PEMFCs)发展和应用的一个重要因素, 开发低价高效的非贵金属催化剂对PEMFCs来说已成为当务之急。本研究选择氮掺杂的碳载过渡金属(M-N/C)类催化剂为研究对象, 以铁盐作为金属前驱体, BP2000为碳源, 聚吡咯(PPy)为氮源, 对甲基苯磺酸(TsOH)为掺杂剂, 合成了非贵金属催化剂Fe-PPy-TsOH/C, 探究了不同的热处理温度及钴原子的掺杂对其氧还原催化性能的影响。研究结果表明: 800℃制备的Fe-PPy-TsOH/C催化剂因结晶度高、颗粒大小适中且分布均匀而具有最佳的氧还原催化性能; 一定量的钴原子取代可以改善Fe-PPy-TsOH/C的氧还原催化性能, 当钴的掺杂量为33.33%时(铁钴原子比为2︰1), 催化剂的性能达到最优。     

树脂/石墨PEMFC双极板的制备工艺与性能研究综述

介绍了质子交换膜燃料电池双极板的功能及性能要求,综述了树脂/石墨双极板复合材料的性能研究进展及双极板的主要成型方法——注射成型与模压成型,并对这两种成型方法进行了比较。指出在双极板成型中,模压成型既可兼顾成分和性能又可保证成型工艺的要求,可以考虑将模压成型作为双极板批量化生产的主要成型方法。     

质子交换膜燃料电池电催化剂催化机理研究最新进展

简述了质子交换膜燃料电池(PEMFC)电催化剂研究发展的概况和催化机理研究的最新进展,并指出了PEMFC电催化剂的选择与设计应重点解决的理论指导问题.     

质子交换膜在燃料电池中的应用

质子交换膜（ＰＥＭ）燃料电池以质子交换膜为电解质，燃料电池的性能强烈地依赖于质子交换膜的特性。本文综述ＰＥＭ电池对质子交换膜的技术要求及该膜的检测和在燃料电池中的应用情况。