试析直接甲醇燃料电池稳定性研究

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1、中南大学硕士学位论文直接甲醇燃料电池稳定性研究姓名：刘敏申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：周涛;谢晓峰20100528中南大学硕士学位论文摘要摘要直接甲醇燃料电池(DMFC)具有能量效率高、燃料易于储存、无环境污染、安全可靠、操作温度低等特点，在移动电源和便携式电源领域具有广阔的应用前景。本文针对DMFC稳定性进行研究，分析电池性能衰减的机理并提出有效缓解电池性能衰减的办法，这对延长电池寿命、降低产品成本、促进DMFC商业化具有重要意义。欧姆阻抗是影响燃料电池输出性能的一个关键因素。本文首次开发利用电流中断法研究了DMFC欧姆阻抗在不同操作温度和工作电

2、流密度下欧姆阻抗的变化规律，并与常用EIS进行了对比实验。结果表明，电流中断法测得的欧姆阻抗随操作条件变化的规律与EIS测得的欧姆阻抗变化规律一致，且这两种方法测得的欧姆阻抗值之间的偏差很小。此外，电流中断法还具有操作快速、数据易于处理的优势。DMFC要真正实现商业化，使用寿命仍是制约其商业化的瓶颈。本研究透彻分析了DMFC性能衰减的机理，主要从膜电极入手，具体研究催化剂和质子交换膜等各个部件老化情况对电池总体性能的影响；分析中采用多种电化学分析方法(极化曲线、电化学阻抗谱、电流中断法)与物理表征法(X光衍射、透射电镜、扫描电镜、能谱分析、红外)进行综合分析。

3、结果表明，寿命测试后的DMFC单电池电性能发生了大幅度的下降；进一步分析发现寿命测试后阳极催化剂PtRu颗粒和阴极催化剂Pt颗粒都发生了聚集，且阴极催化剂的粒径增长幅度大于阳极催化剂；同时发现阳极催化剂Ru发生了流失、迁移；另外还利用电流中断法和ATR红外等方法综合分析了质子交换膜在寿命测试中的降解情况。论文最后对缓解电池性能衰减的办法进行了探索性研究。主要针对CO在Pt上大量吸附可能导致电池性能下降的情况，提出了循环伏安法(CV)用于缓解电池性能的衰减的方法。结果表明，性能衰减的DMFC通过CV扫描后，性能得到了大幅度的提高。关键词直接甲醇燃料电池，电流中断

4、法，欧姆阻抗，寿命测试，性能衰减中南大学硕士学位论文ABSTRACTABSTRACTDirectmethanolfuelcell(DMFC)isgainingmoreandmoreattentionduetoitsadvantagesofhighpowerdensity,mildoperatingcondition，convenienceoffuelstorageandenvironmentfriendly．Itbecomesanidealcandidateforportablepowersources，suchasinpersonaldigitalassis

5、tantdevices，cellularphonesandnotebookcomputers．Inthispaper,thelifetimeofDMFCwasinvestigatedtounderstandthecorrelationbetweenthestructureofcatalysts／membraneandcellperformanceversustime．Forthurmore，themethodforrestoringtheperformancelossduringlifetimetestwasexplored．Therefore，thework

6、sinthispaperhavegreatmeaninginprolongingthecelllifetime，decreasingthecellcostandpromotingthecellcommercialization．Electrochemicalimpedancespectroscopy(EIS)hasbeenwidelyusedinfuelcellsimpedanceanalysis．However,forohmicresistance职曲，EIShasthedisadvantagessuchaslongtestperiod，complexdat

7、aanalysiswithequivalentcircuit．Therefore，thecurrentinterruptionmethodwasfirstlyexploredtomeasuretheRoofdirectmethanolfuelcell(DMFC)atdifferenttemperatureandcurrentdensity．ThisRoviathecurrentinterruptionisconsistentwiththatviaEISandthedeviationbetweenthemissmall．Itcanbeconcludedthatt

8、hecurrentinterrupti