發(fā)布時間：2017-11-07 16:18

  本文關(guān)鍵詞：基于超聲噴涂法制備極低鉑載量PEMFC膜電極研究

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【摘要】：當今社會,能源與環(huán)境問題越來越成為人們關(guān)注的焦點。傳統(tǒng)的化石能源被不斷開采與消耗,既大大污染了環(huán)境又因其不可再生性而引起能源危機,甚至造成列國間爆發(fā)戰(zhàn)爭。能源是社會持續(xù)發(fā)展的動力和源泉,開發(fā)清潔和可再生的能源技術(shù)是當務(wù)之急。質(zhì)子交換膜燃料電池在新能源領(lǐng)域具有一定的優(yōu)勢:不受卡諾循環(huán)限制,能量轉(zhuǎn)換率高;產(chǎn)物為水,清潔環(huán)保;工作溫度低;壽命長;穩(wěn)定性好等。這種電池在航天,軍事裝備,汽車,發(fā)電站等方面有廣闊的前景。因而,質(zhì)子交換膜燃料電池成為各國學者研究的熱點。目前,限制其商業(yè)化的主要障礙是成本過高,可以從新型催化劑的合成和膜電極制備工藝的優(yōu)化兩個方面進行提高,目的都是降低催化劑鉑的用量來降低膜電極生產(chǎn)成本。本文主要從膜電極制備工藝的優(yōu)化方面進行研究。超聲噴涂技術(shù),在制備膜電極氣體擴散層和催化劑層時能夠?qū){料進行二次分散,在最佳噴涂工藝參數(shù)下來保證噴涂薄層的均勻性和顆粒分散性。在此基礎(chǔ)上,確定了膜電極氣體擴散層的最佳碳載量和最優(yōu)催化劑配比。氣體擴散層的最佳碳載量為1.5和2.0倍標準碳載量,在此厚度下能夠保證催化劑漿料的附著和反應(yīng)過程中的傳質(zhì)能夠順利進行。催化劑漿料最優(yōu)配比為30%標準固含量,此種配方能夠使得催化劑顆粒高度分散,形成的催化層具有較大的活性反應(yīng)區(qū)面積,從而提高鉑利用率。本文在較為成熟的制備工藝條件下成功制備出性能高鉑載量極低的膜電極。當陽極和陰極鉑載量為0.05和0.15 mgcm-2時,在50℃且兩極氣體不加濕的測試條件下,膜電極最高功率密度可達464 m Wcm-2,單位質(zhì)量鉑最高比功率為3.09 Wmg-1,其性能比陰極鉑載量為0.55 mgcm-2的膜電極提高3.6倍。更需注意的是,在模擬車用條件工作環(huán)境下,此膜電極的電池性能良好,在0.6 V電壓下功率密度可達788 mWcm-2,單位質(zhì)量鉑比功率為3.94 Wmg-1,且具有較寬的濕度范圍適應(yīng)性,說明本文制備的極低鉑載量膜電極具有很大的實際應(yīng)用前景和商業(yè)價值。本文為說明氮氣和水對于電池性能的影響,創(chuàng)造性的設(shè)計了氮氣滲透實驗。由實驗結(jié)果推測電池在氫閉端工作過程中,水在膜電極中的分布是導(dǎo)致電池電壓可逆下降的主要原因。我們認為從微觀角度探究Nafion超薄薄膜性質(zhì)及水在其中的擴散和傳質(zhì)機制,將加深對膜電極中電化學過程的理解。
【學位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.4;O643.36

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1 姚守拙;細菌膜電極[J];微生物學通報;1983年02期

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6 戴自欽,謝金倫,蘇學素,李晚誼;煙堿石墨涂膜電極及PVC膜電極的研究[J];高等學�；瘜W學報;1987年10期

7 丁友真;李昭昭;朱儀俊;吳春英;;麻黃堿PVC膜電極的研制和應(yīng)用[J];福建師范大學學報(自然科學版);1988年02期

8 王光清,高志強,趙藻藩;鐵氰酸鈷膜電極的制備及特性[J];高等學校化學學報;1991年02期

9 朱俊杰;盧宗桂;高鴻;;PVC膜電極上的示波電位滴定法及其在藥物分析中的應(yīng)用[J];化學研究與應(yīng)用;1991年04期

10 張健;尹鴿平;邵玉艷;王振波;賴勤志;;直接甲醇燃料電池活化過程中膜電極變化[J];稀有金屬材料與工程;2008年03期

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1 諶敏;劉軍民;廖世軍;;直接涂膜法制備膜電極的研究[A];第十三次全國電化學會議論文摘要集（上集）[C];2005年

2 楊輝;;被動式直接甲醇燃料電池膜電極結(jié)構(gòu)、功能和性能[A];第30屆全國化學與物理電源學術(shù)年會論文集[C];2013年

3 彭天右;范科;陳俊年;張曉虎;;柔性染料敏化太陽能電池膜電極的優(yōu)化及性能研究進展[A];中國化學會第28屆學術(shù)年會第4分會場摘要集[C];2012年

4 霍勝娟;蔡文斌;;電化學表面增強紅外吸收光譜用硅上銀膜電極的濕法制備[A];第十三次全國電化學會議論文摘要集（上集）[C];2005年

5 孫斌;郝曉剛;王忠德;張忠林;;電控離子分離法分離銫離子[A];中國核學會核化工分會放射性三廢處理、處置專業(yè)委員會學術(shù)交流會論文集[C];2011年

6 周震濤;鄧柳江;詹炳然;;質(zhì)子交換膜燃料電池用膜電極的制備工藝研究[A];第十二屆中國固態(tài)離子學學術(shù)會議論文集[C];2004年

7 郝彥忠;武文俊;;納米結(jié)構(gòu)TiO_2/聚3-甲基噻吩多孔膜電極光電化學研究[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學術(shù)會議論文集Ⅲ[C];2004年

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9 周琛;劉軍民;廖世軍;;直接噴涂法制備CCM型燃料電池膜電極[A];第七屆全國氫能學術(shù)會議論文集[C];2006年

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1 相錚;能源轉(zhuǎn)換裝置中膜電極集合體關(guān)鍵材料研究及性能的優(yōu)化[D];吉林大學;2015年

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3 趙新生;直接甲醇燃料電池膜電極的電化學研究[D];中國科學院研究生院（大連化學物理研究所）;2005年

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7 王亮;一體化甲醇燃料電池膜電極的電霧化沉積研究[D];大連理工大學;2013年

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10 夏朝陽;直接甲醇燃料電池膜電極制作及性能研究[D];武漢大學;2004年

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