質(zhì)子交換膜燃料電池作為一種可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿那鍧嵞茉炊鴤涫荜P(guān)注。但是由于質(zhì)子交換膜燃料電池陰極的穩(wěn)定性較差以及在高過電位下物質(zhì)傳質(zhì)困難影響電池性能限制了燃料電池的發(fā)展。質(zhì)子交換膜燃料電池陰極長時(shí)間運(yùn)行穩(wěn)定性差的問題主要是由催化劑的氧化以及載體的腐蝕兩方面造成的。催化劑在載體表面發(fā)生氧化、溶解、再沉積是電化學(xué)活性面積衰減電極的穩(wěn)定性變差的原因。另一方面,催化劑碳載體的腐蝕造成表面催化劑的脫落也嚴(yán)重的影響了電極的穩(wěn)定性。而對于高過電位下傳質(zhì)困難則是由于電極內(nèi)部物質(zhì)排布無序所造成的物質(zhì)緩慢傳輸。針對以上問題,本論文主要以如何提升質(zhì)子交換膜燃料電池陰極穩(wěn)定性和加速傳質(zhì)為目標(biāo)對陰極Pt催化劑及Pt催化劑載體進(jìn)行研究。通過對催化劑載體進(jìn)行優(yōu)化、加固Pt催化劑與載體之間的結(jié)合力以及提升催化劑的抗氧化性三方面來提升電極的穩(wěn)定性。通過對催化劑或者電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理化構(gòu)建,形成有序的傳質(zhì)通道來提升電極的傳質(zhì)能力。主要結(jié)論如下:(1)使用片層狀氧化石墨及有序多孔碳-石墨陣列替代傳統(tǒng)碳載體以改善碳載體在高電位長時(shí)間運(yùn)行下易發(fā)生腐蝕而使Pt催化劑發(fā)生脫落、遷移、團(tuán)聚從而降低電極的穩(wěn)定性的問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明...

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
2 文獻(xiàn)綜述
    2.1 燃料電池概述
    2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池概述
        2.2.1 質(zhì)子交換膜燃料電池結(jié)構(gòu)
        2.2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池工作原理
        2.2.3 質(zhì)子交換膜燃料電池極化現(xiàn)象
    2.3 質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極概述
        2.3.1 質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極組件結(jié)構(gòu)
        2.3.2 質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極研究進(jìn)展
    2.4 質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.4.1 催化劑有序化膜電極
        2.4.2 催化劑載體有序化膜電極
        2.4.3 有序化膜電極總結(jié)
    2.5 影響膜電極性能和壽命的主要科學(xué)問題
        2.5.1 研究思路
        2.5.2 技術(shù)路線
        2.5.3 創(chuàng)新點(diǎn)
3 實(shí)驗(yàn)及表征方法
    3.1 實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備及材料
    3.2 理化測試
    3.3 電化學(xué)測試
    3.4 實(shí)驗(yàn)方案
        3.4.1 碳類基底負(fù)載鉑催化劑構(gòu)建與穩(wěn)定性研究
        3.4.2 碳紙基底直接負(fù)載陣列催化劑穩(wěn)定性及性能研究
        3.4.3 金屬氧化物基底陣列結(jié)構(gòu)構(gòu)建與穩(wěn)定性研究
        3.4.4 形貌可控鉑鎳合金催化劑制備
4 改性碳基基底負(fù)載鉑催化劑構(gòu)建與穩(wěn)定性研究
    4.1 氧化石墨層負(fù)載鉑催化劑的穩(wěn)定性研究
        4.1.1 氧化石墨載體構(gòu)建
        4.1.2 電化學(xué)測試
    4.2 多孔碳-石墨有序化陣列載體負(fù)載鉑催化劑的穩(wěn)定性研究
        4.2.1 合成條件對多孔碳及催化劑形貌的影響
        4.2.2 電化學(xué)測試
    4.3 本章小結(jié)
5 碳紙基底直接負(fù)載催化劑穩(wěn)定性研究
    5.1 室溫甲酸還原法制備鉑催化劑及穩(wěn)定性研究
    5.2 電沉積花狀鉑催化劑及穩(wěn)定性研究
    5.3 溶劑熱法制備片狀金屬催化劑陣列及穩(wěn)定性研究
    5.4 本章小結(jié)
6 金屬氧化物陣列負(fù)載鉑催化劑穩(wěn)定性研究
    6.1
        6.1.1 棒狀Pt-TiO₂@C陣列形貌及結(jié)構(gòu)表征
        6.1.2 電化學(xué)測試
    6.2 多孔Pt-TiO₂@C陣列的穩(wěn)定性研究
        6.2.1 多孔陣列形貌及結(jié)構(gòu)表征
        6.2.2 電化學(xué)測試
    6.3 片狀Pt-SnO₂@C陣列的穩(wěn)定性研究
        6.3.1 片狀陣列載體形貌及結(jié)構(gòu)表征
        6.3.2 電化學(xué)測試
    6.4 多孔片狀Pt-SnO₂陣列的穩(wěn)定性研究
        6.4.1 多孔片狀陣列形貌及結(jié)構(gòu)表征
        6.4.2 電化學(xué)測試
    6.5 本章小結(jié)
7 鉑鎳合金催化劑制備與電極穩(wěn)定性研究
    7.1 不同形貌鉑鎳合金形成機(jī)理及物理表征
    7.2 鉑鎳合金納米粒子的電催化性能及穩(wěn)定性研究
    7.3 本章小結(jié)
8 結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
作者簡歷及在學(xué)研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3814198