富氧过程与质子交换膜燃料电池阴极反应耦合

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1、大连交通大学硕士学位论文富氧过程与质子交换膜燃料电池阴极反应耦合姓名：侯向理申请学位级别：硕士专业：环境科学指导教师：徐洪峰20051216摘雹摘要质子交换膜燃料电池通常采用空气作阴极氧化剃，由于02在空气中分压只有0．021MPa，其余为不参加反应的惰性气体，在反应过程中将造成一定的电压损失，这也是制约电池性能提高的因素之一。Ce02以其独特的吸放氧特性，已广泛应用于汽车尾气净化、固体氧化物燃料电池等。本文分别采用溶胶法和浸渍法向质子交换膜燃料电池阴极Pt／C催化剂添加了Ce02，并进行了相应的铡试。透射

2、电子显微镜(TEM)分析和循环伏安测试表明：两种方法制备的Ce02的粒径、形态分白以及在Pt／C表面的覆盖度都不相同。单电池测试结果发现，ce02的富氧作用表现明显，以溶胶法制得的Ce02一PI／C催化剂中，3％Ce02含量的催化剂呈现最佳的性能，而由浸渍法制得的Ce02．Pt／C则以l％Ce02含量的性能最好，但对比之下不如溶胶法制备的含3％Ce02的催化剂。旋转盘电极测试证明，在空气饱和的H2S04中，Ce02的加入能显著促进氧的还原，使氧还原的电流提高了大约25％。在上述工作基础上，本文对Ce02在质

3、子交换膜燃料电池中的作用机理进行了初步分析。此外，本文还较为系统研究了电极制备与测试条件对于电池性能的影响。．关键词：燃料电池；质子交换膜；催化荆；富氧；Ce02垒』至堡垒兰!兰丝：兰竺竺兰AbstractAiriscommonlyusedastheoxidizLrinthecathode．butthepartialpressureofoxygenatatmosphericpressureisabout0．021MPawiththeotherbeingmainlyinertnitrogenandthenle

4、adthevoltageloss．ThisisamainfactorwhichlimitstheperformanceimprovementofPEMFC．＼Ce02hasbeenfoundtOhavefairlyhighoxygenstorageandreleasecapacityandwidelyusedincleaningautomotiveexhaustandSOFCtOenhancetooxygentransport．Inthispaper，Ce02isaddedtoPt／Ccatalystint

5、hecathodeofPEMFCbybothsolandimpregnationmethodsandevaluatedbyappropriateway．TheresultsofTEMandcyclicvoltammogramtechniquesshowthat：thesize，shape，distributionandcoveragedegreetothecatalystofCeOzwillbedifferentwiththeadditionmethodsdifferent．Theprotonexchang

6、emembranefuelcellperformancetestshowsthattheadditionofCe02couldimprovetheperformanceofPEMFCobviouslyandrepresentanotablefunctionofoxygenenrichmentinthecathodeside．ThebestcontentofCe02iS1％whenitiSaddedbyimpregnationmethodand3％whenitisaddedbysolmethod．IntheO

7、．5MH2S04solutionsaturatedbyair,therotatingdisktestrevealsthattheadditionofCeozinthecatalystcouldfacilitatethereductionofoxygenobviously,thecurrentofoxygenreductionWasraisedabout25％．ThemechanismoftheeffectofCe02inthecathodeofPEMFCisanalyzed．Thispaperalsoinv

8、estigatestheeffectofthepreparationandworkconditionofelectrodeontheperformanceofcell．Keywords：Fuelcell；Protonexchangemembrane；Catalyst；Oxygenendchment；Ce02第一鸯华毋1．1引言第一章绪论燃料电池可以在温和的条件下高效地将燃料的化学能直接转化为电能，由于不受卡诺循环