發(fā)布時間：2021-03-03 01:11

　　質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種清潔、高效的新能源,被認(rèn)為是目前最有前途的車用動力電源之一。在PEMFC中的氧還原反應(yīng)（ORR）對燃料電池整體發(fā)電性能起著關(guān)鍵作用,這是由于陰極氧氣還原的速率比陽極中的氫氣氧化反應(yīng)慢幾個數(shù)量級。為了提高燃料電池的整體性能,在催化ORR的過程需要使用大量的貴金屬鉑（Pt）。這是目前燃料電池制造成本過高的主要瓶頸之一,對燃料電池的商業(yè)化應(yīng)用造成了極大的阻礙。因此,研發(fā)高活性、低成本的非鉑陰極催化材料對于推動PEMFC的應(yīng)用具有重要意義。本文通過三聚氰胺復(fù)合樹脂的合成與改性、非貴金屬ORR催化材料的制備和燃料電池全電池性能測試等方面優(yōu)化開展工作,以提高三聚氰胺復(fù)合樹脂基燃料電池非貴金屬催化材料的ORR催化活性和穩(wěn)定性為目的。主要研究內(nèi)容如下:（1）改進(jìn)了三聚氰胺甲醛樹脂與碳黑的混合方法,利用三聚氰胺和甲醛在固化之前形成的可溶性三羧甲基三聚氰胺樹脂與表面改性的碳黑進(jìn)行了充分混合,制備了三聚氰胺甲醛樹脂復(fù)合材料作為催化劑的前驅(qū)體,通過一步熱解法制備了催化劑,并對比研究了幾種前驅(qū)體的分散情況、鐵的含量、碳的含量、熱解溫度及時間對于催化劑的氧還原性能影響。在多孔... 

【文章來源】：南京大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２．１膜電極單電池測試夾具??，ｔ

?ｆｊ??ｒ，ｇ?＿?—？—ｍｅｌａｍｉｎｅ?ｍ??＾?■—ｍｅｌａｍｉｎｅ?＋?ｆｏｒｍａｌｄｅｈｙｄｅ?丨丨??ｓ?．?＼?■??？營?９?＿?＠?２５?＊Ｃ，?０．１?Ｍ?ＨＣ１０４，?９００?ｒｐｍ?／／??＾?Ｓｅａｎ?ｒａｔｅ：?１０?ｍＶ／Ｓ?／／?；??１?３－?：???１?１???）???ｉ?■?１?■?１??—??０．０?０．２?０＊４?０．６?０＊８?１．０??Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ?（Ｖ?ｖｓ．?ＲＨＥ）??圖３．１初步探索實驗的氧還原極化曲線圖??Ｆｉｇｕｒｅ?３．１?ＯＲＲ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ?ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ??以三聚氰胺為含氮前驅(qū)體制備Ｆｅ／Ｎ－Ｃ催化劑的初步探索實驗結(jié)果表明：通??過改善三聚氰胺的分散性，添加能溶解三聚氰胺的甲醛并與鐵鹽、碳黑混合制得??的前驅(qū)物經(jīng)熱解后得到的材料，氧還原催化活性有明顯提升。??在本章的研宄中，通過改進(jìn)ＭＦ樹脂與碳黑的混合方法，利用三聚氰胺和甲??醛在固化之前形成的可溶性三羧甲基三聚氰胺樹脂與表面改性后的碳黑進(jìn)行了??充分混合，制備了三聚氰胺甲醛樹脂復(fù)合材料作為催化劑的前驅(qū)體，并通過一步??熱解法制備了催化劑，并對比研宄了幾種前驅(qū)體的分散情況、鐵的含量、碳的含??量、熱解溫度及時間對于催化劑的氧還原性能影響，用于指導(dǎo)后續(xù)氧還原催化劑??的優(yōu)化設(shè)計。??３．２實驗部分??３．２．１催化劑的制備方法??利用三聚氰胺和甲醛在固化之前形成的可溶性三羧甲基三聚氰胺樹脂制備??氧還原催化劑的工藝過程主要包括：前驅(qū)體三聚氰胺－甲醛樹脂復(fù)合材

?第三章基于三聚氰胺－甲醛復(fù)合樹脂的催化材料的制備研究???碳載體很可能扮演了三個重要角色：１．提供電子傳輸?shù)慕橘|(zhì)；２．耐高溫的多孔模??板；３．—種適合摻氮的靶材料。??此外，不含鐵鹽的催化劑（ＭＦ－Ｃ）（僅來源于ＭＦ樹脂和碳黑ＢＰ２０００）也??具有較差的ＯＲＲ活性。結(jié)果可能歸因于缺乏氧還原的催化活性位點(diǎn)。這兩個假??設(shè)都暗示了鐵在ＯＲＲ活性位點(diǎn)構(gòu)建中的關(guān)鍵作用：假設(shè)１，經(jīng)過高溫處理，殘??留在碳基催化材料中的鐵元素是活性位點(diǎn)的直接組成部分；假設(shè)２，鐵元素并不??是氧還原反應(yīng)活性位點(diǎn)的直接組分，而是催化了氮元素在碳材料中的結(jié)合方式，??它可以促進(jìn)生成更多對氧還原反應(yīng)有益的“關(guān)鍵氮元素＇這種假設(shè)相當(dāng)于鐵元素??是構(gòu)建活性位點(diǎn)的間接要素。??■ｍ??圖３．４?（ａ）和（ｂ）不同放大倍數(shù)的ＭＦ－Ｃ的ＴＥＭ圖像；（ｃ）和（ｄ）不同放大倍數(shù)的ＭＦ－Ｆｅ－Ｃ??的ＴＥＭ圖像??Ｆｉｇｕｒｅ?３．４?（ａ）?ａｎｄ?（ｂ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＭＦ－Ｃ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ；?（ｃ）?ａｎｄ?（ｄ）?ＴＥＭ??ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?Ｆｅ－ＭＦ－Ｃ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ．??此外，為了將高性能與所制備的含鐵樣品的微觀特征相關(guān)聯(lián)，對比了??Ｆｅ－ＭＦ－Ｃ和ＭＦ－Ｃ這兩種催化劑的ＴＥＭ圖像。因為圖３．３?ａ說明這兩種催化劑的??性能差異很大，然而圖３．４的ＴＥＭ圖像顯示這兩種催化劑的載體材料均為多孔??非晶碳化物，孔隙豐富，微觀形貌相似＜＾只是ＭＦ－Ｆｅ－Ｃ中存在一些球形結(jié)構(gòu)。??４８??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]碳排放是能源可持續(xù)發(fā)展的最大挑戰(zhàn)——《BP2035年世界能源展望》摘要[J]. 王勇.  國際石油經(jīng)濟(jì). 2014(06)
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本文編號：3060307