燃料电池纳米纤维催化剂层的制备与表征研究

发布时间：2024-03-27 02:53

　　质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)因其具有低温、高效率、零排放等优势而被认为是汽车的终极动力源之一。催化剂层(Catalyst Layer,CL)是燃料电池的动力反应区域,决定着燃料电池的性能和耐久性。木研究通过静电纺丝法成功制备出低铂载量下具有较高性能的燃料电池纳米纤维催化剂层,并采用物理、电化学方法来表征其结构与功能。同时,本研究揭示了纳米纤维催化剂层的活化机理,确定了纳米纤维催化剂层在不同温湿度下的运行特征,为下一代燃料电池催化剂层的设计与发展提供了新的思路。以下是木文的主要研究内容:首先是燃料电池纳米纤维催化剂层的制备方法及性能表征部分。该部分通过系统实验确定了催化剂层的制备规程,主要包括纺丝溶液配方、均匀静电纺丝液的制备、静电纺丝法制备催化剂层;最后制备得到纤维平均直径在200-800 nm催化剂层,且单根纤维内的催化剂分布均匀。对比不同铂载量的纳米纤维催化剂层发现,随铂载量的增大,燃料电池的性能逐渐提升;与相同铂载量的传统催化剂层相比,虽然纳米纤维催化剂层的厚度(17 μm)是传统催化剂层(3 μm)的5倍...

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１质子交换膜燃料电池工作原理示意图??Ｆｉｇ．１－１?Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｒｏｔｏｎ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ??

下氢气发生氧化反应生成Ｈ＋?（质子）和电子，产生的电子通过外电路传递至阴极催化??剂层，而Ｈ＋经质子交换膜传递到阴极催化剂层。这些传递到阴极催化剂层的Ｈ＋和电??子与从阴极方向上流入阴极催化剂层的氧气发生还原反应，并最终产生水（如图１－１）??［６］??０??质子交换膜燃料电池中....

图1-1(a)Nafion化学式:(b)Nafion质子传输模型/16/Fig.l-1(a)ChemicalstructureofNafion,(b)ProtontransfermodelofNafionf6/

?第一章绪论???１．２质子交换膜燃料电池中质子传导介质的研究现状??在燃料电池中，质子在阳极催化剂层内产生，经质子交换膜后，在明极催化剂层??内与氧气进行反应，而在整个质子传输过程中，质子传输的速率非常缓慢，因此如何??实现质子的快速传输一直困扰着研究者。单纯的质子传导是不存在....

图１－４?（ａ）不同直径Ｎａｆｉｏｎ纳米纤维的质子传导率；（ｂ）?Ｎａｆｉｏｎ纳米纤维与Ｎａｆｉｏｎ膜在不同??湿度下的质子传导率［２４］??

?ｃａｓｔ?ａｌｉｇｎｅｄ?ａｌｉｇｎｅｄ??图１－３溶胶凝胶、热压、电场诱导、流场诱导等方式产生的膜的（ａ）小角度ｘ射线图以及（ｂ）??膜面内和膜厚方向的质子电导率［２１１??Ｆｉｇ．?１－３?（ａ）?２Ｄ?ＳＡＸＳ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ａｎｄ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｖｉｅｗｓ?ｏ....

图1-6梯度化催化剂层的示意图tselFig.l-6Schematicrepresentationofagradientcatalystlayer(e}

学蒸汽沉积、物理或热蒸汽沉积、喷涂、电沉积将催化剂和质子传导介质??ｏｎ膜上，随后对膜进行烘干，这也是目前车用ＰＥＭＦＣ催化剂层制备的主??是这类催化剂层存在反应气体分布不均的现象，而这种不均勻性会导致催??温度、电流、电压等物理量的差异［３７＿３９］。因此，对于沉积法制备的催化....

本文编号：3940083