采用旋轉(zhuǎn)圓盤電極分析技術(shù)分析高溫質(zhì)子交換膜燃料電池中磷酸濃度和溫度對(duì)Pt/C催化氧還原反應(yīng)的影響。Pt/C催化氧還原反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)電流密度和擴(kuò)散極限電流密度隨著磷酸濃度的增加逐漸減小,當(dāng)磷酸濃度增至100%時(shí),電流密度降為0,氧還原催化過程完全被抑制;而磷酸溫度的升高則會(huì)使電流密度有所增加,但增量很小,不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。磷酸濃度的增加對(duì)Pt/C催化氧還原反應(yīng)具有嚴(yán)重的抑制作用,而溫度變化的影響有限。 

【文章來源】：電池. 2017年02期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

Pt/C催化劑在不同電解液中的CV曲線

濃度的增加而逐漸向正電勢(shì)方向偏移，氧化物形成與還原的總電荷也逐漸降低，表明磷酸鹽物質(zhì)在電極上的強(qiáng)吸附阻斷了Pt活性位點(diǎn)，并抑制了OH－在Pt表面上的吸附和氧化物的形成［2］。溫度升高使氧化物形成起始電位負(fù)向偏移，還原電位正向偏移，且總電荷明顯增加，表明溫度的升高提高了動(dòng)力學(xué)過程及催化劑表面與吸附的氧化物物質(zhì)之間的吸引力［8］。在正向掃描過程中，0.65V處的波峰隨著溫度增加而增大，主要是因?yàn)樵陔娊庖褐行纬闪穗s質(zhì)［4］。2.2OＲＲ曲線Pt/C催化劑在不同電解液中的OＲＲ曲線見圖2。圖2Pt/C催化劑在不同電解液中的OＲＲ曲線Fig.2OＲＲcurvesofPt/CcatalystindifferentelectrolytesPO3－4吸附對(duì)Pt/C催化OＲＲ的影響首先使用0.90V(vs.ＲHE)處的動(dòng)力學(xué)電流密度來衡量。動(dòng)力學(xué)電流密度jk由Koutecky-Levich公式得到，結(jié)果見表2。1j=1jk+1jd(2)jd=0.620nFD2/3cv－1/6ω1/2(3)式(2)、(3)中:j是0.90V處實(shí)際測(cè)量的電流密度，jd是OＲＲ曲線的極限電流密度，取自0.40V(vs.ＲHE)處的實(shí)測(cè)值［2，6］，電流密度由電流除以ＲDE幾何面積(0.1256cm2)得到，n是電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目，ω是ＲDE旋轉(zhuǎn)速率，F(xiàn)是法拉第常數(shù)，D和c分別是O2在電解質(zhì)溶液中的擴(kuò)散系數(shù)和濃度，ν是溶液的動(dòng)力學(xué)黏度。表2Pt/C催化劑在不同電解液中0.90V處的動(dòng)力學(xué)電流密度Table2Kineticscurrentdensityat0.90VofPt/Ccatalystindifferentelectrolytes電解質(zhì)濃度/mol·L－1溫度/℃j/mA·cm－2HClO40.12513.2640.1251.2111.0251.1065.0250.564H3PO419.0250.02919.0400.06719.0800.23619.01200.36119.01500.778從表2可知，H3PO4中的OＲＲ動(dòng)力學(xué)

電位為0.05～1.20V(vs.ＲHE)。以100mV/s的速度掃描30次，清除雜質(zhì)并活化工作電極;以50mV/s的速度掃描5次，獲取計(jì)算Pt電化學(xué)活性比表面積用的曲線;以10mV/s的速度掃描5次，獲取Pt氧還原的背景電流。氧還原反應(yīng)(OＲＲ)測(cè)試在氧氣飽和的電解液中進(jìn)行，電位為0.05～1.20V(vs.ＲHE)，轉(zhuǎn)速為1600r/min，以10mV/s的速度掃描5次，獲取Pt的OＲＲ曲線。更換不同濃度的電解質(zhì)或者改變電解液溫度至25℃、40℃、80℃、120℃或150℃，開始新的測(cè)量。2結(jié)果與討論2.1CV曲線Pt/C催化劑在不同濃度和溫度的電解液中的CV曲線見圖1。圖1Pt/C催化劑在不同電解液中的CV曲線Fig.1CVcurvesofPt/Ccatalystindifferentelectrolytes從圖1可知，在氫的欠電位沉積區(qū)［即0.05～0.40V(vs.ＲHE)］，可在0.10V附近及0.20～0.30V觀察到2個(gè)明顯的波峰。隨著電解質(zhì)濃度的增加和溫度的升高，波峰變得尖銳且峰電位向負(fù)電位方向有輕微偏移，表明PO3－4的強(qiáng)吸附影響了氫的吸脫附，且溫度升高時(shí)更加強(qiáng)烈。對(duì)氫的脫附峰求積分，并根據(jù)式(1)計(jì)算Pt/C的電化學(xué)活性比表面積(S)，結(jié)果見表1。S=QH210×L[]Pt105(1)式(1)中:QH為氫脫附峰的電量;Pt表面飽和吸附單層氫所需電荷為210μC/cm［6］;LPt為Pt的負(fù)載量。表1Pt/C催化劑在不同電解液中的電化學(xué)活性比表面積Table1ElectrochemicalactivespecificareaofPt/Ccatalystindifferentelectrolytes電解質(zhì)濃度/mol·L－1溫度/℃S/m2·gPt－1HClO40.12565.10.12547.91.02545.15.02538.4H3PO419.02539.619.04037.019.08036.619.012034.719.015029.673

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：2941933