燃料电池膜电极中铂担载量测试方法研究

膜电极(MEA)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的能量转换单元,在催化剂作用下将化学能转化为电能。铂基催化剂目前仍是商用PEMFC不可替代的催化剂,其中膜电极中铂担载量已成为PEMFC性能评价的一项重要指标。通过对现有PEMFC膜电极铂担载量测试国标方法进行了改进,并研究了PEMFC膜电极铂担载量测试的微波消解前处理方法。与国标方法相比,微波消解-ICP-MS法测定结果的准确性与标准方法相当,测试效率明显提高。

阴极催化层铂载量对低温启动过程的影响

为进一步探究阴极催化层铂载量对燃料电池低温启动过程中传质反应过程及宏观性能特性的影响机制,建立了质子交换膜燃料电池一维多相非等温非稳态低温启动模型,耦合了考虑氧气在催化层多组分中传质阻力的电化学反应动力学模型,考虑了电池多孔介质内水的输运及相变、电化学反应、电渗拖拽、热量传递等过程,研究了阴极催化层铂载量对低温启动过程中电池性能、水含量、冰的体积分数、电池温度等变化的影响。研究结果表明:过小的铂载量不利于低温启动过程的进行,但过高的铂载量又不利于电池性能的提升,0.1 mg/cm 2为最优铂载量;氧气从催化层孔隙向铂表面进行输运的过程存在时间效应;随着铂载量的增加,阴极催化层中冰的最初生成时间推迟,冰的生成速率下降;随着铂载量的增加,阳极催化层和阴极催化层中膜态水含量的分布梯度变小。

质子交换膜燃料电池膜电极铂担载量分析测定

膜电极组件(Membrane electrode assembly,MEA)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部分,其催化层的铂含量与电池的性能和成本密切相关。通过直接处理MEA的方法得到测试样品,然后用三种方法(石墨炉原子吸收光谱、电感耦合等离子体原子发射光谱和极谱分析法)分别测定其铂含量。通过对比三种方法的测试结果和理论计算值,建立了一种准确、方便的膜电极处理和铂担载量测试方法来分析、评价PEMFC的关键材料——MEA。

原子层沉积技术制备高性能低铂载量燃料电池膜电极

应用原子层沉积技术在碳材料复合电极基体上制备了低铂载量的高性能膜电极.将碳载体(XC-72R)与聚四氟乙烯乳液均匀混合后涂布在碳纸上,在马弗炉中350℃烧结,构成复合电极的基底.然后采用原子层沉积技术将铂活性组分沉积在电极基底上制得膜电极的阳极,将该阳极与经过预处理的质子交换膜及阴极压合即得膜电极.由扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和循环伏安(CV)等分别表征该电极,单电池测试膜电极的性能.结果表明,活性组分在阳极中高度分散,膜电极具有良好的稳定性.膜电极的最大功率密度可达3.34 kW.(gPt)-1,是商业催化剂常规方式下制备的膜电极的1.76倍.以本文方法制得的膜电极具有铂载量低、单位质量铂的能量密度高等特点,有望在燃料电池领域应用.

玻碳电极上真实铂载量的直接测定

通过紫外光谱法直接测定玻碳电极上的铂(Pt)载量,并以此为基础计算商业Pt/碳(C)的电化学活性比表面积和质量比活性.同时,测定Pt/C本体材料及制备电极所用浆液中的Pt载量作为对照.比对所得数据,可以看出以电极上实际Pt载量为基础的数据更精确,能更真实地反映催化剂本质性能.

质子交换膜燃料电池高稳定性低铂载量膜电极的研究进展

质子交换膜燃料电池由于高能量转化率、零污染、低温启动等优点在新能源领域备受关注,但其成本和耐久性仍是本领域的挑战性课题。本文首先回顾了近年来国内外研究者在降低燃料电池成本和提高其耐久性方面取得的成就,从催化剂制备技术、膜电极结构优化、耐久性提升三个方面介绍了近年来国内外在降低膜电极铂载量、提高膜电极功率密度和耐久性方面的发展趋势,通过构筑铂基合金、核壳结构和纳米结构等催化剂能有效地降低铂载量,从而降低燃料电池成本;通过构筑多孔结构催化层或气体扩散层可以改善膜电极的微结构,从而提高电池的功率密度;通过开发新型质子交换膜、更换催化剂载体等方法可以提高膜电极的耐久性。最后,本文针对目前研究进展阐述提高膜电极稳定性仍然是目前的研究难题,并对未来的研究方向进行了展望。

织构气体扩散层表面氢氧燃料电池阴极超低Pt载量催化层的磁控溅射法制备

采用磁控溅射技术在具有织构结构的气体扩散层(GDL)表面制备了可应用于氢氧质子交换膜燃料电池的超低Pt载量阴极催化层,并通过SEM、轮廓仪和XRD等测试方法表征了GDL及其载Pt后的形貌和物相,利用XPS分析溅射Pt的化学价态,使用电池测试台表征其电池性能.测试结果表明,磁控溅射法在GDL表面沉积的Pt催化层载量可控且分布均匀;与商业GDL对比,Pt在织构GDL表面具有更大的可附着面积.电池性能测试结果显示,当Pt载量为0. 04 mg/cm^2时,以织构GDL作基材的样品质量比功率高达26. 25k W/g Pt,远大于商业GDL作基材时的17. 76 k W/g Pt,也大于同等Pt载量下商业Pt/C催化剂的24. 00k W/g Pt.

铂微粒修饰玻碳电极在乙醇氧化中的电催化行为

运用电化学循环伏安法研究了酸性介质中乙醇在铂微粒修饰玻碳电极上的电催化氧化行为.考察了铂的沉积条件、载铂量、支持电解质、乙醇的起始浓度、扫描速度对乙醇在GC(Pt)电极上电催化氧化性能的影响,优化了GC(Pt)电极的制备方法和乙醇氧化体系的配制.

阴极低铂载量催化剂直接甲醇燃料电池的交流阻抗谱

为了降低直接甲醇燃料电池(DM FC)的成本,研究了阴极低铂载量催化剂的DM FC的交流阻抗谱(E IS)。利用等效电路,考察温度、空气体积流量对DM FC单电池的反应动力学、传质以及欧姆阻抗等电极过程的影响。实验表明:膜阻抗、常相位角元件的电容、电荷转移电阻、以及甲醇氧化弛豫过程相关的低频电感和电阻随着工作温度的升高而呈规律性的变化;空气流量则对电荷转移电阻和低频电感的影响较为显著。

王荣跃:“氢”尽全力 加速燃料电池产业化

黑乎乎的粉末状物质,通过一系列流程,最终成为燃料电池膜电极中用量不多却有“引爆”能量作用的存在,但高成本和技术限制使其只能局限于小范围应用。针对此,有研(广东)新材料技术研究院(以下简称“有研广东院”)正高级工程师王荣跃多年来专注研究这小小的粉末状物质,致力于开发从铂碳催化剂到超低铂载量甚至是无铂催化剂,降低燃料电池成本,扩大燃料电池应用规模,让这小物质走向燃料电池汽车产业集群大发展。

氮掺杂碳纳米片负载Fe-Co-Pt复合材料的制备及其氧还原电活性

制备高活性和高稳定性的电催化剂复合材料一直是燃料电池与金属-空气电池的重要研究内容。以双氰胺作为碳氮源,通过酞菁钴和二茂铁提供金属纳米颗粒,对其混合物进行简单的高温热解得到负载铁钴合金的氮掺杂碳纳米片(Fe_(1)-Co_(1)-N/C);最后利用沉积法将少量铂引入到Fe_(1)-Co_(1)-N/C上,得到负载铂铁钴三金属合金的氮掺杂碳纳米片(Fe_(1)-Co_(1)-Pt-N/C)。酸性介质中催化剂的氧还原反应(ORR)测试结果表明,Fe_(1)-Co_(1)-N/C本身对ORR具有较强的电活性,而2.36%~3.58%铂的加入显著提升了催化剂的电催化性能,其ORR起始电位、半波电位和极限扩散电流均可与商业Pt/C(40%)媲美,且具有优异的稳定性,可作为氧还原催化剂良好的候选材料。

车用燃料电池现状与电催化

本文综述了近年来车用燃料电池电催化的发展状况,分析了车用燃料电池电催化的发展趋势,重点介绍了大连化学物理研究所在燃料电池电催化方面的研究进展.指出车用燃料电池电催化的发展方向是提高现有铂基催化剂的活性,在保证车用燃料电池在变载等动态工况下的可靠性与寿命的前提下,应降低膜电极的贵金属铂用量,发展低铂/非铂电催化剂.针对车用燃料电池的使用条件,应发展抗燃料气与空气中杂质的电催化方法与抗腐蚀催化剂载体.从长远考虑,重点发展碱性聚合物膜燃料电池,拓展利于活化顺磁性氧的催化方法,有望摆脱车用燃料电池对铂催化剂的依赖.

高性能高功率密度质子交换膜燃料电池膜电极

膜电极是质子交换膜燃料电池最为重要的核心部件,其性能直接决定着燃料电池的性能。提高膜电极的性能和功率密度,对于推动燃料电池的商业化进程具有十分重要的意义。通常意义上的膜电极包括质子交换膜、阴极催化层、阳极催化层、阴极气体扩散层和阳极气体扩散层等5个基本单元（常常称之为五合一膜电极）,气体扩散层又包括气体扩散材料层和微孔整平层;膜电极的性能取决于材料和制备技术两个方面,制备技术、膜电极的关键组成材料、铂载量都对膜电极的性能和功率密度具有重要影响。近年来,随着催化剂和质子交换膜等关键材料性能的提升,以及制备技术的进步,国内外膜电极的性能得到了大幅度的提升,丰田公司燃料电池的体积功率密度可高达3.2 kW/L。本文将主要从膜电极制备技术的角度（涉及催化剂层和气体扩散层的制备技术等）介绍近年来高性能高功率密度膜电极的研究发展情况,同时介绍国内外在降低膜电极铂载量和开发自增湿膜电极方面的研究进展。

溶胶法制备一种高效稳定Pt/GC催化剂及其电化学性能表征

采用溶胶法制备了一种石墨化碳负载贵金属Pt的燃料电池氧还原催化剂(Pt/GC),并通过XRD、TEM、Raman和XPS等分析测试技术对其结构和组成进行了表征。测试结果表明这种新型催化剂中Pt颗粒粒径大约为2~3 nm且分散均匀。同时,通过线性扫描伏安法(LSV)和循环伏安法(CV)评价了这种催化剂的催化性能,加速耐久性实验(AAT)评价了其电化学稳定性和环境耐受性。电化学测试结果表明以石墨化碳为碳载体的催化剂在较低的铂载量下也能保持较高的催化活性和稳定性:经过1 000圈电化学循环伏安加速老化实验后,Pt/GC催化剂的半波电势仅降低了10 mV,而商业Pt/C催化剂的半波电势降低了47 mV。