试析质子交换膜燃料电池电极催化剂电催化性能及其制备工艺的研究

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1、上海交通大学硕士学位论文质子交换膜燃料电池电极催化剂电催化性能及其制备工艺的研究姓名：刘振泰申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：马紫峰20050115质子交换膜燃料电池电极催化剂电催化性能及其制备工艺的研究摘要质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC)是一种将燃料的化学能连续高效转化为电能的新型清洁发电装置具有能量转换率高无污染原料可以连续供给等特点而被称作面向21世纪的绿色能源技术直接甲醇燃料电池具备系统结构简单体积能量密度高燃料补充方便等一系列优点使其成为最适合用于移动电源车用电源等的燃料电池本文首先介绍了燃料电池的

2、历史工作原理及其特点与分类分析了质子交换膜燃料电池的应用前景和目前国内外的技术发展状况着重论述了质子交换膜燃料电池和直接醇类燃料电池电极催化剂制备和表征方面的研究进展接着以预处理后的VulcanXC-72炭黑作为催化剂载体采用氯铂酸为原料甲醛为还原剂根据催化剂反应特点控制各种反应条件和影响条件利用湿化学合成技术制备出高负载量质子交换膜燃料电池电极催化剂材料确定了小批量制备质子交换膜燃料电池用的Pt/C系列电极催化剂的工艺技术产物通过BETIRICPXRDTEMCV等物理化学和电化学手段测试和表征证明所得到的高负载量催化剂无论是在负载量比表面和孔径分布以及铂颗粒粒径方面还是化学电

3、化学催化活性方面都达到或者超过了商业催化剂而且保持结构与性能基本稳定重复性好从而为下一步设计与建立批量电极催化剂制备的中试研究装置达到每一批次可制备数十克乃至数百克的能力打下基础接下来在Pt/C催化剂制备技术的基础上采用分步化学沉积方法制备得到了碳负载的MnOx-Pt电催化剂并在不同的温度下进行了热处理通过ICPXRDTEMCV等物理化学和电化学手段测试和表征结果表明所得到电催化剂具有高分散性较正的氧还原电位可作为质子交换膜燃料电池阴极氧还原的电催化剂最后以H2PtCl6·6H2O和AuCl3·HCl·4H2O为前躯体通过化学还原共沉积方法制备得到不同PtAu比例的Pt-Au/

4、C催化剂样品进行了XRDXPS表征并在甲醇乙醇硫酸溶液中进行了电化学性能测试CVCA结果与商品化Pt-Ru/C催化剂进行了比较分析结果表明合适比例的Pt-Au/C催化剂对于甲醇的电催化氧化性能达到并超过商品化Pt-Ru/C催化剂同时Pt:Au=4:1的Pt-Au/C催化剂具有最佳的电催化性能关键词质子交换膜燃料电池直接醇类燃料电池高负载量Pt/C电催化剂阴极MnOx-Pt/C电催化剂阳极抗CO中毒Pt-Au/C电催化剂PREPARATIONTECHNICSANDELECTROCATALYSISPERFORMANCEOFPLATINUMBASEDCATALYSTSFORPROTO

5、NEXCHANGEMAMBRANEFUELCELLABSTRACTProtonExchangeMembraneFuelCellandDirectAlcoholicFuelCellwereakindofnew-typeequipment,Whichhadtheadvantageasfollowing:beingabletooperateinlowtemperature,quickstart,convenientfuelsupply,highratiovolume,simplesystemandsoon.Itespeciallywassuitableformobilepower,e

6、lectricvehiclesandotherapplication.Appropriatecatalystmaterialswerecrucialtoreducetheelectrodereactionactiveenergy,expeditethereactionrateandincreasethecellenergyconversionefficiencyforthePEMFC,especiallywhentheywereusedascatalystsfortheoxygenreduction.Agoodcatalystiscrucialtoreducetheactive

7、energyandincreasethereactionrateoftheoxygenreductioninPEMFC.Manganeseoxidewasaddedtothepreciousmetalcatalystasapromoter,whichmadetheoxygenreductionpotentialbecomemorepositiveandhelpedtocutdownthepreciousmetalamountandreducethecost.TheMnOx-Ptcatalys