發(fā)布時間：2021-02-01 02:05

　　低溫氫-氧燃料電池是一種可廣泛應(yīng)用于便攜式和移動式電源的動力學(xué)電池,其運行具有高效和清潔的突出優(yōu)點。目前燃料電池電極反應(yīng)中使用最為廣泛的電催化劑為碳載鉑催化劑。然而Pt的自然儲量低、價格昂貴、電化學(xué)穩(wěn)定性差等問題嚴(yán)重阻礙了燃料電池的實際應(yīng)用。因此,設(shè)計并開發(fā)低成本且高性能的氧還原電催化劑是燃料電池技術(shù)領(lǐng)域里的一項重要研究課題。因此,為了擺脫貴金屬Pt的資源限制同時降低燃料電池的成本,目前研究ORR催化劑可從兩方面著手:一是開發(fā)高效且穩(wěn)定的低鉑催化劑;二是開發(fā)Pt完全替代的非鉑催化劑�；诖�,針對現(xiàn)有體系中存在的主要問題,本文開展了如下三個方面的研究工作:第一,針對傳統(tǒng)負(fù)載型Pt/C納米催化劑穩(wěn)定性差和活性不足的缺點,本工作將鉑插層到多孔蒙脫土層間形成具有電子、質(zhì)子和氣體通道的多孔結(jié)構(gòu)層狀燃料電池低鉑催化劑。該催化劑利用刻蝕的多孔蒙脫土層間納米空間錨定納米鉑顆粒抑制納米鉑的遷移和團聚,利用蒙脫土/納米顆粒強相互作用調(diào)變鉑電子結(jié)構(gòu)提高催化活性。通過高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）、X射線衍射（XRD）等表征方法考察所制備的催化劑的形貌、結(jié)構(gòu)和組成,結(jié)果表明2⁵nm的... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

(A)質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理圖;(B)氧還原在酸性和堿性介質(zhì)中的反應(yīng)途徑

續(xù)駛里程達到傳統(tǒng)車水平(燃料填充 < 5min)；低溫環(huán)境適應(yīng)性提高，可適應(yīng)-30℃氣候，車輛適用范圍達到傳統(tǒng)車水平。 所以，當(dāng)前氫動力質(zhì)子交換膜燃料電池汽車技術(shù)實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)亟需解決的問題主要集中在加氫站的建設(shè)、提高壽命和降低成本。低溫氫-氧燃料電池相對其他新型能源轉(zhuǎn)換設(shè)備所表現(xiàn)出來的優(yōu)勢明顯，但其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化依然面對著諸多的挑戰(zhàn)，其主要表現(xiàn)在電池用催化劑的成本高和壽命短兩個方面。① 成本問題目前，燃料電池電極中使用最廣泛的催化劑為貴金屬鉑（Pt）[28, 31, 33, 36-38]。Pt在自然界中的儲量低、開發(fā)難度高、價格昂貴（如圖 1.2），在低溫氫-氧燃料電池系統(tǒng)中的使用量極大，其價格占到了整個電池電堆成本的 40%以上，這也使得成件電池系統(tǒng)的價格居高不下。隨著全球汽車保有量的不斷增加，如果所有的汽車全部都使用低溫氫-氧燃料電池作為動力系統(tǒng)，僅汽車行業(yè)對 Pt 就有數(shù)千噸的年需求量，這遠遠地超過了全球 Pt 的年產(chǎn)量。因此，為了促進燃料電池技術(shù)的發(fā)展和燃料電池汽車的實際應(yīng)用，研究開發(fā)能夠替代 Pt 的催化劑材料已經(jīng)迫在眉睫。

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文高分子交換膜是低溫氫-氧燃料電池的核心組件，其性能直接影響到電池系統(tǒng)的輸出。目前，PEMFC 所使用的交換膜主要是 Nafion 膜，Nafion 膜由碳氟主鏈和帶有磺酸基團的醚支鏈構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，機械強度高，質(zhì)子導(dǎo)電率高，但是繁瑣的合成步驟令其價格十分昂貴，嚴(yán)重限制了 PEMFC 的推廣和應(yīng)用[13]。AFC交換膜的發(fā)展則在探索新的合成路線、控制膜的形貌和結(jié)構(gòu)、提升膜的柔性、使用溫度、大規(guī)模生產(chǎn)以及成本控制上面臨諸多問題，也限制了其實際應(yīng)用。② 壽命問題

【參考文獻】：
期刊論文
[1]車用燃料電池耐久性的解決策略[J]. 衣寶廉,侯明.  汽車安全與節(jié)能學(xué)報. 2011(02)
[2]質(zhì)子交換膜燃料電池模型研究現(xiàn)狀[J]. 劉志祥,毛宗強,王誠.  電池. 2004(01)
[3]氧電極催化材料的研究現(xiàn)狀[J]. 魏子棟,李莉,李蘭蘭,唐致遠,郭鶴桐.  電源技術(shù). 2004(02)
[4]再生氫氧燃料電池[J]. 邵志剛,衣寶廉,俞紅梅.  化學(xué)通報. 2000(03)

碩士論文
[1]質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)特性仿真研究[D]. 王振.山東大學(xué) 2007



本文編號：3011999