Sn掺杂CeO2中Ce3+的形成机制及其对质子交换膜燃料电池耐久性的影响 |
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引用本文: | 涂自强,何漩,杜星,陈辉,赵雷,张海军,王诚.Sn掺杂CeO2中Ce3+的形成机制及其对质子交换膜燃料电池耐久性的影响[J].硅酸盐通报,2023(5):1841-1851. |
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作者姓名: | 涂自强 何漩 杜星 陈辉 赵雷 张海军 王诚 |
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作者单位: | 1. 武汉科技大学耐火材料与冶金省部共建国家重点实验室;2. 清华大学张家港氢能与先进锂电技术联合研究中心 |
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基金项目: | 国家自然科学基金(22105151,51802234); |
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摘 要: | 在质子交换膜燃料电池(PEMFC)运行过程中,产生的自由基会攻击质子交换膜,使其开裂或形成孔洞,导致电池失效。常见的改性方法是在质子交换膜(PEM)中添加自由基清除剂材料。基于此,本文合成了Sn掺杂CeO2自由基清除剂,通过提高Ce3+浓度来增强其在PEMFC中自由基清除性能,避免PEM厚度迅速减薄,从而提高质子PEMFC的耐久性。密度泛函理论计算和试验结果表明,Sn掺杂会引起CeO2产生晶格畸变,降低氧空位形成能,促进CeO2中Ce3+的形成。同时,Sn2+的加入可将CeO2-Sn样品中的Ce4+还原为Ce3+,提升Ce3+的浓度,从而提高PEM的耐久性。单电池测试结果表明,经70 h的开路电压衰减测试,CeO2-Sn-5%改性后的质子交换膜组装的单电池电压衰减率最低(18%),且功率保留率(56%)比其他样品更高,表明该样品具有更优异的耐久性。
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关 键 词: | CeO2 Sn掺杂 密度泛函理论计算 氧空位 质子交换膜燃料电池 耐久性 |
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