本文關鍵詞：直接甲醇燃料電池陽極反應機理及催化劑改進研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：直接甲醇燃料電池（DMFC）具有高效、低溫、安全及燃料儲存運輸方便等特點，可作為有效解決環(huán)境污染和能源危機的發(fā)電裝置，在可移動電源及便攜式電源領域展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。然而其內(nèi)在電化學及傳質機理不明確限制了其發(fā)展。其陽極催化劑存在CO毒化問題，及其他表面吸附問題，影響催化劑的活性、穩(wěn)定性。開展陽極反應機理研究可充分認識催化劑催化過程，澄清表面吸附物的動態(tài)變化，為催化劑的改善提供方向，在甲醇燃料電池的活性、壽命提高及成本降低方面做出貢獻。EIS作為一種電化學暫態(tài)測量技術，其具有測量速度快，對研究對象表面狀態(tài)干擾小的特點，屬于交流測量范疇，能夠對電極過程動力學以及表面狀態(tài)進行深入探討，已在電化學機理判斷上做出了重大貢獻。本工作將以交流阻抗技術作為主要測試手段，以循環(huán)伏安法和計時電流法作為輔助手段，對直接甲醇燃料電池（DMFC）的陽極反應機理，尤其是催化劑活性降低的動態(tài)過程進行探討，并予以澄清，，以及在此基礎上對催化劑改進方向進行初步探索。 首先，結合直流測量結果對所測的電化學阻抗譜進行初步分析，在此基礎上，提出催化劑表面受三種吸附物狀態(tài)變量的影響，分別是CO(θ1)，OH(θ2)和PtO(θ3)的覆蓋度，且低電位下CO占據(jù)主導，隨著電位升高OH覆蓋度增大，并在更高電位下轉化為PtO,基于上述覆蓋度與電位的關系，根據(jù)電化學阻抗譜理論對不同電位下的阻抗表達式進行推導，進而得到對應的等效電路，并進行阻抗元件擬合，在阻抗譜分析中發(fā)現(xiàn)，當OH和CO覆蓋度關系達到θ2＞32/39(1-θ1)時，譜圖會出現(xiàn)負電阻，且出現(xiàn)負電阻時OH和CO覆蓋度關系滿足θ1=θ2，進而得出結論，CO與OH在催化劑表面存在競爭吸附的關系，隨著電位升高，CO覆蓋度減小而OH覆蓋度增大，兩種狀態(tài)變量的相等過程，使并聯(lián)支路產(chǎn)生振蕩，直接導致了負電阻出現(xiàn)，且在高電位下發(fā)現(xiàn)OH轉化為PtO以及材料腐蝕問題的出現(xiàn)，削弱了催化劑活性。為改進催化劑材料，可在Pt系催化劑中添加其他組分如苯胺等，減弱CO和OH在Pt活性位上的競爭關系，提高催化劑催化效率。 然后，基于上述甲醇氧化機理研究，以H2PtCl6為前驅體通過苯胺包覆合成Pt/C催化劑，采用循環(huán)伏安法、計時電流法和交流阻抗法，分別考察了在H2PtCl6與苯胺摩爾比為1:3,1:5和1:7條件下合成的催化劑的催化活性，實驗結果表明當H2PtCl6與苯胺摩爾比為1:5時，合成的催化劑催化甲醇氧化時的電流密度最大，阻抗值最小。將高活性催化劑分別在400℃、600℃、800℃的溫度條件下進行燒結，對其活性進行初步研究，實驗結果表明在600℃下燒結的催化劑其活性有明顯提高。
【關鍵詞】：直接甲醇燃料電池 負電阻 交流阻抗 陽極催化劑 苯胺
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM911.4;O643.36
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 前言11-12
• 1 緒論12-28
• 1.1 直接甲醇燃料電池（DMFC）簡介12-16
• 1.1.1 燃料電池的組成及分類12-13
• 1.1.2 DMFC 的結構13-14
• 1.1.3 DMFC 的工作原理14-15
• 1.1.4 DMFC 的研究進展15-16
• 1.2 DMFC 發(fā)展中存在的難題16-17
• 1.2.1 陽極催化劑毒化問題16-17
• 1.2.2 甲醇滲透問題17
• 1.3 交流阻抗（EIS）簡介及發(fā)展應用17-21
• 1.3.1 EIS 的原理17-18
• 1.3.2 EIS 的應用和解析18-21
• 1.3.3 EIS 在電池上測量方式21
• 1.4 EIS 在 DMFC 上的應用上應用現(xiàn)狀21-25
• 1.4.1 在電池性能上的應用21-22
• 1.4.2 在關鍵材料性能上的應用22-24
• 1.4.3 在電化學機理上的應用24-25
• 1.5 DMFC 陽極電催化劑簡介25-26
• 1.5.1 催化劑種類25
• 1.5.2 制備方法25-26
• 1.6 本文的研究思路及意義26-28
• 2 直接甲醇燃料電池陽極反應機理研究28-42
• 2.1 引言28-29
• 2.2 實驗部分29-30
• 2.2.1 工作電極的制備29-30
• 2.2.3 電化學測試30
• 2.3 結果與討論30-41
• 2.3.1 循環(huán)伏安曲線30-31
• 2.3.2 計時電流曲線31-32
• 2.3.3 交流阻抗譜32-34
• 2.3.4 阻抗模型推導34-37
• 2.3.5 等效電路擬合結果37-39
• 2.3.6 催化劑表面覆蓋度的變化過程39-41
• 2.4 本章小結41-42
• 3 直接甲醇燃料電池陽極催化劑合成改進初探42-50
• 3.1 引言42-43
• 3.2 實驗部分43-44
• 3.2.1 催化劑的制備43
• 3.2.2 電化學性能檢測43-44
• 3.3 結果與討論44-48
• 3.3.1 苯胺含量對催化劑活性影響44-46
• 3.3.2 燒結后催化劑活性的變化46-47
• 3.3.3 不同燒結溫度對催化劑活性的影響47-48
• 3.4 本章小結48-50
• 4 結論50-52
• 4.1 全文結論50-51
• 4.2 研究展望51-52
• 參考文獻52-61
• 附錄61-68
• 致謝68-69
• 個人簡歷69
• 發(fā)表的學術學位論文69-70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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  本文關鍵詞：直接甲醇燃料電池陽極反應機理及催化劑改進研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：306998