高温膜燃料电池低铂载量电极开发和稳定性诊断研究

发布时间：2024-05-23 02:23

　　聚电解质膜燃料电池(PEMFC)往高温发展是一个趋势,因为这可以解决目前低温PEMFC面临的主要问题,如CO耐受性差、加湿系统复杂、热附加值低等。其中,基于磷酸(H₃PO₄)掺杂聚苯并咪唑(PBI)的高温膜燃料电池(HT-PEMFC)是目前最成功的体系。然而,HT-PEMFC体系中氧还原反应(ORR)效率低下,造成贵金属铂(Pt)催化剂用量较高,极大增加了电池成本,成为了其现实应用的严重阻碍。因此,提高催化剂利用效率,降低Pt用量,同时保持优越的电池性能对于推动HT-PEMFC商业化进程具有重要意义。本文从提高电极反应效率和降低电极Pt载量出发,开展了HT-PEMFC新型结构气体扩散电极(GDE)的研究和开发工作,同时对HT-PEMFC性能衰减的诊断方法进行了初步研究。首先,我们提出了一种免微孔层电极结构与低Pt含量催化剂相结合的策略,以同时保持GDE低传质阻力和高Pt利用率,从而达到降低HT-PEMFC铂用量并保持其优越性能的目的。结果表明,采用这种策略可以将电极的Pt负载降低至0.2mg cm^-2,且仍显示出最大的P...

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【部分图文】：

图2.1HT-PEMFC（实验室自制）处于平衡状态下的性能曲线

高温膜燃料电池低铂载量电极开发和稳定性诊断研究12图2.1HT-PEMFC（实验室自制）处于平衡状态下的性能曲线。Fig.2.1PerformancecurveofHT-PEMFC(lab-made)inequilibrium.内部电流和渗透损失：主要是燃料通过电解质时的浪费导致....

图3.2催化剂Pt含量对于不同Pt载量的免微孔层电极的性能的影响

江苏大学硕士学位论文23触，从而影响欧姆电阻和传质性能。所以，应谨慎选择具有较低Pt含量的合适催化剂，以实现HT-PEMFC的卓越性能和低Pt负载。3.4讨论3.4.1单电池性能低Pt含量的催化剂很少用于制造HT-PEMFC的常规GDE，因为Pt含量低的催化剂会导致CL变厚。在一....

图3.3不同Pt/C催化剂在（a）0.5mgcm-2，（b）0.3mgcm-2，（c）0.2mgcm-2，（d）0.1mgcm-2的Pt载量下免微孔层电极构成的HT-PEMFCs在0.6V时的阻抗

江苏大学硕士学位论文25f）看到。可以看出，催化剂中Pt的含量对电极的欧姆电阻有明显的影响，特别是当Pt负载低的时候。其中，免微孔层结构结合高Pt含量催化剂（40%Pt/C）的GDE的对Pt载量非常灵敏。当Pt载量从0.5mgcm-2降至0.3mgcm-2，欧姆电阻提高了~40%....

图3.4不同GDE和HT-PEMFC在0.4Acm-2and1.0Acm-2电流密度下由（a，d）欧姆极化

江苏大学硕士学位论文27图3.4不同GDE和HT-PEMFC在0.4Acm-2and1.0Acm-2电流密度下由（a，d）欧姆极化（b，e）活化极化和（c，f）传质极化造成的电压损失。Fig.3.4Voltagelossesoriginatedfrom(a,d)ohmicpola....

本文编号：3980865