直接甲醇燃料电池膜电极研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文综述了直接甲醇燃料电池的研究现状。利用三电极体系，采用电化学方法研究了甲醇在质子交换膜中的渗透性能，结果发现在常温下，甲醇在质子膜中的扩散系数和其浓度成线性关系。为了得到性能优良的膜电极、提高催化剂的利用率、降低催化剂的载量，探讨了膜电极的制备工艺。提出亲水扩散层的制备，它的性能好于传统的疏水型扩散层。研究了热压技术对电极的影响，提出一种热压效果明显的热压设备的设计方案。考察了常温下甲醇在多孔膜电极中的阳极极化性能。制备方法、粘结齐i、甲醇浓度、催化剂的种类和载量、扩散层等因素对电极性能均有不同程

2、度的影响。转托法改善了反应的传质动力提高了电极的性能;以Nafion作粘结剂，为质子的传导提供通道，通过对催化剂微区表面的分析认为，Nafion在催化层内同时改善了反应物的传递性能;甲醇浓度高降低了反应的浓差极化，但它的渗透也更加严重;对于电池而言，甲醇进料浓度以适中为好。PtRu/C做甲醇氧化催化剂，表现出与Pt/C不同的性质，Ru的协同作用使PtRu/C电极在比Pt/C电极低100-200mV的电位下就能得到稳态电流;但是在高电位下，PtRu/C催化剂的活性和稳定性却不如Pt/C。提高催化剂的载量无疑会使电极性能改善，但考虑到电极

3、制造成本，本文还比较了不同载量下单位质量的催化剂能产生的电流。在膜电极内部化学沉积催化剂。解释了化学沉积法的作用机理，并利用直接沉积和穿透沉积对多孔膜电极进行了修饰。比较这两种方法的效果，发现穿透沉积能够明显的提高电极的性能，而直接穿透修饰得到的电极性能反而下降，从催化剂沉积方式和电极结构的角度对这种差异进行了分析。关键词直接甲醇燃料电池;膜电极组合体:甲醇渗透;制备技术;阳极性台旨哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheartofthestateofdirectmethanolfuelcells(DMFC)issumma

4、rizedinthispaper.Usingathree-electrodesystem,thecharacterofmethanolcrossoverinprotonexchangemembraneisstudiedbyanelectrochemicalmethodatroomtemperature.Resultshowsthatthereislinearrelationbetweenmethanoldiffusioncoefficientandmethanolconcentration.Inordertoobtaingoodper

5、formanceMEA,improvethecatalystutilizationefficiencyanddecreasethecatalystloading,weprobeintotheMEAfabricationtechnology.Akindofhydrophilicdiffusionlayerispresented.Itperformsbetterthantraditionalhydrophobicdiffusionlayer.Theinfluenceofhotpressingtechnologyontheelectrode

6、performanceisalsoresearched.Ahot-pressingequipmentwasdesigned.Itcanacquireprominenthotpressingeffect.Thecharacterofmethanolanodepolarizationinporousmembraneelectrodeisexamined.Factors,suchasfabricationmethod,methanolconcentration,catalysttypeandloading,diffusionlayer,ha

7、vedistinctimpactontheelectrodeperformance.Decalmethodcanamelioratemasstransfer,thusimprovingtheelectrodeperformance.UsingNafionasadhesiveincatalystlayer,protonconductionismarkedlyimproved.Afteranalyzingthemicro-areaofthecatalystsurface,weconsiderthatNafionalsoimproverea

8、ctanttransmitproperty,i.epromotingelectrodeperformance.Highmethanolconcentrationinfavoroftheelectrodeperforman