光照直接喷涂技术制备低铂载量及免增湿高性能膜电极的研究

《光照直接喷涂技术制备低铂载量及免增湿高性能膜电极的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、华南理工大学硕士学位论文光照直接喷涂技术制备低铂载量及免增湿高性能膜电极的研究姓名：徐磊敏申请学位级别：硕士专业：物理化学指导教师：廖世军20090501摘要随着化石燃料的日趋枯竭以及化石燃料燃烧所引起的环境危机日益加剧，新能源以及新的能源利用方式引起了人们越来越多的关注，而燃料电池以其高效、环境友好等优点被视为新世纪最有前途的新能源技术。其中质子交换膜燃料电池以其工作温度低、启动快等优点成为最有可能用于汽车等移动式设备的一类燃料电池。质子交换膜燃料电池的成本是其实现其商业化的一个阻碍，其中贵金属Pt的用量对其价格影响很大，因此，低铂载量膜电极的制备已成为了近年来燃料电池领域的研究热点。

2、很多学者提出了很多低铂载量膜电极的制备方法，这些方法虽然成功的将铂载量降低到可以接受的程度，但是其中很多方法需要精密仪器的辅助，而且制备程序复杂，不容易操作，从而增加了膜电极制备的成本。另一方面，免增湿膜电极是质子交换膜燃料电池领域的最为重要的追求目标之一，实现膜电极的免增湿，不仅可以解决目前质子交换膜燃料电池的水热管理困难的难题，还能通过减少加湿系统达到大幅度降低燃料电池系统成本、减少燃料电池系统自身能量消耗的目的。在大量研究工作的基础上，采用本实验室发明的一种光照下直接喷涂催化层技术，成功地制备出了超低铂载量的高性能膜电极，同时，该技术成功地解决了质子交换膜容易溶涨变形等问题，制备过

3、程操作方便，设备简单。阳极及阴极的铂载量可分别低至O．04mgcm。2和0．12mgcm"2，催化层厚度分别仅为1．1岬和3．8pm，并且催化层与质子交换膜层结合十分紧密；采用该技术制备的5cm2的膜电极，在总Pt载量为O．16mgPtcIn-2，分别采用纯氢和空气做为燃料及氧化剂，电池温度为60℃，加湿温度为50℃的条件下，电流密度可高达1Acm。2(0．6V时)，达到国际先进水平。本文还考察了阴极和阳极铂载量、催化层中Nation含量等制备条件以及温度、压力等运行条件对低铂载量膜电极性能的影响，获得了关于阳极和阴极的铂载量与膜电极性能之间的关系等重要信息。同时，还用SEM、交流阻抗等

4、技术对低铂载量膜电极的结构和电化学特性进行了表征。目前，国际上关于免增湿膜电极的研究都是通过在膜电极中加入保水层的方式来实现的，保水效果远远达不到实用的要求。本文制备了一种含有氧化物的Pt／MO。／C催化剂，并使用这种催化剂制备了膜电极，结果发现：使用该催化剂制得的膜电极在基本性能不发生改变的条件下，表现出了优秀的保水免增湿性能；氧化物含量为3％的催化剂制得的膜电极，在50℃、不增湿的条件下连续运行19h(电池电压0．6V)，其电流密度在0．69Acm五左右基本维持不变，而采用普通铂催化剂制得的膜电极在3小时内，电流密度即降低至O．1Acm-2以下。这种免增湿技术及其效果，目前尚未检索到

5、国内外的研究报道。通过对阴、阳两极分别采用Pt／MOx／C催化剂的效果的研究，我们还获得了关于阴阳极与免增湿的关系，并且提出了通过含氧化物催化剂的免增湿的作用机理。关键词：质子交换膜燃料电池；膜电极；低铂载量；免增湿；Pt／MOx／C催化剂IIAbstractWiththedryingupoffossilenergysourcesandthebecomingmoreandmoreseriousofenvironmentalpollutionproblemsresultedfromcombustionoffossilenergysources，moreattentionhasbeenpai

6、dtothenewenergyandnewenergyutilizationtechnology．Fuelcell，bywhichthechemicalenergyoffuelscanbetransformedintoelectricitydirectlyandenvironmentalbenign，hasbeenattractive，itisviewedasoneofthemostpromisingnewenergytechnologyinnewcentury．Protonexchangemembranefuelcell(PEMFC)isrecognizedasthemostpromi

7、singsubstitutepowerforfuturevehiclesandothermobileapplications，duetoitsadvantagessuchasitslowworkingtemperatureandquickstarting．ThecommercializationofPEMFCisstillgreatlyhinderedbythehighcostofthePEMFCsystem，whichmainly