收藏本站
《中国科学院研究生院(理化技术研究所)》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

质子交换膜燃料电池催化剂的研究

苏虹  
【摘要】: 1839年,格罗夫教授首次提出了燃料电池的概念。二十世纪六十年代,通用电气公司为美国航天局设计开发了质子交换膜燃料电池(PEMFC),当时主要是作为宇宙飞船的能源之用。二十世纪八十年代,加拿大巴拉德公司开始大力开发PEMFC,该领域随即蓬勃发展起来。近年来,由于能源和环境问题逐渐被社会所重视,质子交换膜燃料电池这种清洁而高效的新能源技术也得到了重视和发展。 迄今为止,PEMFC在民用方面仍然没能得到大规模的应用。这关键是由于构成燃料电池的几种关键材料在性能和价格上的缺陷一直难以攻克,导致其应用受限。其中催化剂就是制约燃料电池发展的关键材料之一。 如何制备高活性、长寿命、价格低廉的电催化剂一直是PEMFC催化剂研究的焦点。在催化剂的制备过程中,反应条件会影响所得催化剂的性能。本文通过调变不同的反应条件,系统研究了制备过程中温度、溶液组成、起始pH值、后处理方法等对催化剂形貌,负载情况,稳定性及担载量等性质的影响。 催化剂的载体虽不直接参与电化学反应,但它能够决定活性金属组分的分布状态,而且参与电极中电子的传递和水的传输。载体的物化性质(如比表面积、孔隙分布、导电性、表面官能基团、亲水疏水特性等)会直接影响催化剂的性能。本文选取了具有不同物化性质的碳材料作为催化剂的载体。通过观察所制得催化剂的催化行为,评价了载体的各方面物化性质对催化性能的影响。为催化剂载体材料的选取提供了理论基础。主要研究工作如下: 1.制备了铂纳米颗粒的胶体溶液,并研究了反应条件对铂胶体的影响。同时考察了铂胶体溶液的稳定性。将所得到的铂胶体颗粒在一定的条件下负载到碳载体上,制得了铂担载量为20 wt%的Pt/C催化剂。 2.以乙二醇和甲醛作为还原剂,通过液相还原法制备了Pt/C催化剂,其中Pt颗粒的粒径约为3 nm,分散性良好。此外,还考察了反应时间、反应温度、体系pH值,溶剂组成等条件对催化剂的影响。并发明了一种步骤简单、条件温和的制备燃料电池催化剂的方法,该方法可控性良好。 3.研究了反应后处理方法(洗涤溶剂、干燥条件)对催化剂形貌和性能的影响。发现乙醇淋洗会导致碳载体上的铂颗粒脱落并聚集;加热烘干会导致催化剂碳载体上的铂颗粒脱落、聚集并长大。 4.选取了明胶基碳球、高比表面积活性炭、碳纳米管和Vulcan XC-72等具有不同比表面积、孔隙分布、石墨化程度等物化性能的碳材料作为载体制成Pt/C催化剂,并考察了材料的物化性能对催化剂形貌和催化活性的影响。发现碳纳米管是最理想的催化剂载体材料。 5.选取了具有不同管径的多壁碳纳米管作为载体制备了铂担载量为40 wt%的Pt/C催化剂。并将催化剂制成单电池测试其极化曲线。考察了在不同的工作条件下(温度、氧化剂),载体碳纳米管的管径对催化剂催化活性的影响。发现在低温或者纯氧条件下,管径较大的碳纳米管载铂催化剂具有较好的催化性能,而在高温、空气作氧化剂的条件下,管径为10 ~ 20 nm的碳纳米管载铂催化剂相比于其它催化剂具有最佳催化性能。 6.制备了Pt-Fe/C、Pt-Co/C和Pt-Ni/C几种铂基合金催化剂。并研究了合金催化剂中,铂之外的另一种合金金属对催化剂活性的影响。此外,制备了非铂型Pd/C催化剂,并通过调变反应条件,将Pd颗粒的粒径从几十纳米降至5 ~ 9 nm。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(理化技术研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O643.36

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴昆;娄平;全书海;;基于模糊对向传播网络的PEMFC建模[J];仪表技术;2011年07期
2 张胜刚;廖俊斌;林形形;王建黎;计建炳;;共价交联型质子交换膜的研究进展[J];高分子通报;2011年06期
3 李娜;田作华;;基于AVR单片机的燃料电池控制系统[J];实验室研究与探索;2011年08期
4 秦九红;;燃料电池用质子交换膜的选择[J];河南化工;2011年09期
5 程康;辛阳珍;温尔康;;质子交换膜燃料电池关键技术的研究进展[J];汽车工程师;2011年05期
6 戴涛;娄平;李小君;;质子交换膜燃料电池内阻测试系统设计[J];仪表技术;2011年08期
7 杨全勇;余意;詹志刚;;密封层厚度对国产材料燃料电池性能影响[J];电池工业;2011年03期
8 曹涛锋;林鸿;陶文铨;;质子交换膜燃料电池温度和电流分布同步测定[J];化工学报;2011年S1期
9 樊进宣;卫星;曹涛锋;陈黎;陶文铨;;一种质子交换膜燃料电池电位分布的测试方法[J];电源技术;2011年07期
10 涂正凯;余意;裴后昌;潘牧;刘志春;刘伟;;质子交换膜燃料电池堆尾气冷凝回收的自加湿运行[J];武汉理工大学学报;2011年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘盛洲;张兴鹏;印杰;;嵌段长度对磺酸基嵌段共聚物质子交换膜性能的影响研究[A];2006年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2006年
2 纪志勇;陈胜利;;应用于质子交换膜燃料电池的SiO2/SPEEK复合膜的制备与表征[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2006年
3 罗马吉;罗志平;潘牧;;质子交换膜燃料电池电堆活化过程研究[A];第七届全国氢能学术会议专辑[C];2006年
4 申会堂;张和平;李占宽;宋再卿;吝子东;;潜艇用质子交换膜燃料电池的应用现状及发展前景[A];第三届全国氢能学术会议论文集[C];2001年
5 申会堂;张和平;李占宽;宋再卿;吝子东;;潜艇用质子交换膜燃料电池的应用现状及发展前景[A];中国太阳能学会2001年学术会议论文摘要集[C];2001年
6 周琛;刘军民;廖世军;;直涂法制作质子交换膜燃料电池(PEMFC)中膜电极组件研究进展[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
7 李雷;谢晓峰;尚玉明;蒋金芝;冯少广;;自增湿质子交换膜的研究进展[A];中国化学会第26届学术年会新能源与能源化学分会场论文集[C];2008年
8 高建东;马志刚;邓正华;索继栓;;一种新型结构质子交换膜的研究[A];第二届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2007年
9 梁永明;张华民;钟和香;朱晓兵;衣宝廉;;质子交换膜燃料电池抗CO PtRuIr/C催化剂的制备及结构性能关系的研究(英文)[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
10 张和平;李占宽;赵跃民;朱红;;一种质子交换膜燃料电池非铂电催化剂的研究[A];第七届全国氢能学术会议论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 曹新华;游艇烧氢不是梦[N];中国船舶报;2001年
2 中科信研发中心 王静;电动汽车:21世纪的新型交通工具[N];科技日报;2001年
3 北京化工大学炭纤维及复合材料研究所 张学军;未来谁给我们供电?[N];计算机世界;2004年
4 本报记者 李兰;同在一个起跑线上[N];科技日报;2003年
5 信息产业部电子第十八研究所 汪继强;发展新型绿色环保电池刻不容缓[N];中国电子报;2001年
6 田戴;电动汽车牵引相关产业发展[N];中国环境报;2003年
7 记者徐风;燃料电池标准纳入 国家重大科技专项[N];中国质量报;2003年
8 太原理工大学洁净化工研究所 郝晓刚 孙彦平;燃料电池 21世纪的清洁发电技术[N];山西经济日报;2002年
9 翟扬;燃料电池,掀起你的盖头来[N];中国有色金属报;2002年
10 陈升;电动汽车有望在中国进入商业化[N];中国高新技术产业导报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 苏虹;质子交换膜燃料电池催化剂的研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2009年
2 张建鲁;质子交换膜燃料电池电催化剂和阴极电极结构研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2005年
3 张学伟;质子交换膜燃料电池膜电极的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
4 吴金锋;质子交换膜燃料电池电流密度分布的研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2004年
5 张云河;质子交换膜燃料电池阴极催化剂及电极过程动力学研究[D];中南大学;2004年
6 梁永民;质子交换膜燃料电池抗CO电催化剂的研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2006年
7 韩金刚;基于不对称结构的新型多电平变换器研究[D];上海海事大学;2007年
8 王瑞敏;基于神经网络辨识模型的质子交换膜燃料电池系统建模与控制研究[D];上海交通大学;2008年
9 周平;燃料电池封装力学及多相微流动[D];大连理工大学;2009年
10 邵玉艳;PEMFC铂/碳纳米管催化剂稳定性和电极制备新方法[D];哈尔滨工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张海峰;质子交换膜燃料电池双极板和流场的研究[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2004年
2 张正伟;溶胶—凝胶法制备无机/有机杂化质子交换膜的研究[D];浙江大学;2006年
3 汪浩;一种燃料电池测试系统的电子负载设计[D];电子科技大学;2007年
4 贾迎春;燃料电池混合动力电动车仿真分析与控制策略研究[D];吉林大学;2005年
5 李云峰;质子交换膜燃料电池的流场设计[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2004年
6 陈聪;实现微型质子交换膜燃料电池的MEMS技术研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2005年
7 甘全全;聚苯胺修饰质子交换膜燃料电池电极的研究[D];大连交通大学;2007年
8 孙昕;RuO_2·xH_2O促进质子交换膜燃料电池动态响应的研究[D];大连交通大学;2008年
9 唐永华;燃料电池发动机测试系统开发及试验方法研究[D];武汉理工大学;2006年
10 吕金艳;质子交换膜燃料电池用碳纤维纸的性能优化[D];北京化工大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026