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直接甲醇燃料电池电催化剂稳定性研究

陈维民  
【摘要】: 直接甲醇燃料电池(DMFC)具有能量密度高、燃料资源丰富及存储方便等优点,在移动设备供电等领域应用前景广阔。电池的稳定性和运行寿命对于产业化意义重大,影响稳定性的因素很多,表现错综复杂,其中电催化剂的稳定性至关重要。本论文针对电催化剂的稳定性,对不同放电阶段的性能衰减、影响稳定性的主要因素及稳定性的改进等进行了研究。 以单池放电试验考查了电池和催化剂性能随时间的变化。结果表明,催化剂粒径随放电时间的延长而增加;阳极催化剂的聚结程度低于阴极,其重要原因在于阳极催化层中钌氧化物或水合氧化物对铂微晶聚结的抑制作用;催化剂的电化学表面积损失率高于比表面积损失率;阳极催化剂中部分钌由阳极透过聚合物电解质膜迁移至阴极,导致催化剂和电池性能的衰减。 考查了温度、电位、中间产物及杂质等因素对电催化剂稳定性的影响。结果表明,温度和电极电位的升高加速催化剂粒子的聚结;高温放电时铂钌催化剂的合金化程度有所提高;高电位加速铂钌催化剂中钌的流失;电位波动对电催化剂的影响大于恒定高电位的影响;甲醛和甲酸不利于甲醇氧化反应的进行;Fe~(3+)和Cr~(3+)的存在显著降低电池性能,且电池性能难以恢复。 以电位扫描法快速考查了电催化剂的稳定性。结果表明,低电位扫描对铂钌催化剂无显著影响;阳极电位超过0.7V时,钌的流失加重;碳载体的氧化处理可提高Pt/C催化剂的电化学稳定性。。 制备了聚合物-石墨复合双极板材料,该复合材料在DMFC的阳极和阴极环境中均表现出优良的耐腐蚀性。


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