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碱性膜燃料电池阴极Co-N-C催化剂层的性能优化
被引量:
3
1
作者
尹燕
裴亚彪
+1 位作者
祝伟康
张俊锋
《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》
EI
CSCD
北大核心
2021年第4期374-378,共5页
近年来,阴离子交换膜性能的提升使碱性膜燃料电池(AMFC)的研究成为热点.与质子交换膜燃料电池(PEMFC)相比,其主要特点之一就是可以使用非贵金属催化剂替代商业Pt/C,从而避免非贵金属在酸性中的不稳定性.膜电极是燃料电池的核心部件,制...
近年来,阴离子交换膜性能的提升使碱性膜燃料电池(AMFC)的研究成为热点.与质子交换膜燃料电池(PEMFC)相比,其主要特点之一就是可以使用非贵金属催化剂替代商业Pt/C,从而避免非贵金属在酸性中的不稳定性.膜电极是燃料电池的核心部件,制约燃料电池的性能.催化层作为膜电极的主要部件,由催化剂和离聚物组成.离聚物质量分数影响催化层孔的尺寸和分布,从而影响电化学反应速率和燃料电池反应中的氧扩散和水传输.同时,催化层与气体扩散层接触的紧密程度也影响了接触电阻.因此,对催化层微观结构的调控决定着燃料电池发电性能.目前,关于AMFC的催化层研究以贵金属Pt/C催化剂为主,对于非贵金属催化层研究相对较少,制约了其在碱性膜燃料电池中的应用.本文使用实验室自制的Co-N-C催化剂和商业FAA-3离聚物制备了阴极催化层,探究了Co-N-C催化层中离聚物的质量分数对催化层结构的影响,通过研究催化剂墨水的组分和配比,发现当离聚物质量分数为40%时燃料电池性能最高达到139.7 mW/cm2,与使用Pt/C催化剂的燃料电池性能相近.
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关键词
碱性膜燃料电池
膜电极
非贵金属催化层
离聚物质量分数
下载PDF
职称材料
Fe-N-C阴极催化层离聚物可控热解对膜电极性能与稳定性的影响研究
2
作者
王庆鑫
崔勇
+2 位作者
李蕴琪
卢善富
相艳
《化学学报》
SCIE
CAS
CSCD
北大核心
2023年第10期1350-1356,共7页
为了改善M-N-C阴极催化层“水淹”和物质传输效率低的问题,通过对催化层中全氟磺酸离聚物侧链上亲水性磺酸根的可控热解,在催化剂活性位点原位调控亲疏水平衡,优化催化层中质子、水和氧传输效率,构建高效三相反应界面,提升膜电极的输出...
为了改善M-N-C阴极催化层“水淹”和物质传输效率低的问题,通过对催化层中全氟磺酸离聚物侧链上亲水性磺酸根的可控热解,在催化剂活性位点原位调控亲疏水平衡,优化催化层中质子、水和氧传输效率,构建高效三相反应界面,提升膜电极的输出性能与稳定性.结果表明通过调节热处理温度和时间,可以有效控制催化层离聚物侧链上磺酸根的热解程度.以离聚物和Fe-N-C催化剂质量比(I/C)为0.5的催化层作为模型催化层,在N_(2)气氛下250℃热处理40 min,全氟磺酸离聚物中磺酸根分解比例为16.3%,催化层疏水性显著提升,表面水接触角由113°增加至134°,同时催化层保持了较高的离子传导能力,对应的膜电极输出性能最佳,峰值功率密度达到359.7 mW·cm^(-2),较热处理前膜电极性能提升了38%.在0.4 V恒压条件下测得热处理后催化层的物质传输电阻为242.48 mΩ·cm^(2),较热处理前下降了29.8%.由热处理40 min催化层组装的电池性能衰减缓慢,可以稳定运行至少100 h.本研究工作探究了催化层中离聚物部分可控热解对提升M-N-C非贵金属膜电极燃料电池性能和稳定性的可行性.
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关键词
质子交换膜燃料电池
非贵金属催化层
热处理
水淹
全氟磺酸离聚物
原文传递
题名
碱性膜燃料电池阴极Co-N-C催化剂层的性能优化
被引量:
3
1
作者
尹燕
裴亚彪
祝伟康
张俊锋
机构
天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室
出处
《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》
EI
CSCD
北大核心
2021年第4期374-378,共5页
基金
天津市自然科学基金资助项目(18JCQNJC07100,17JCZDJC31000).
文摘
近年来,阴离子交换膜性能的提升使碱性膜燃料电池(AMFC)的研究成为热点.与质子交换膜燃料电池(PEMFC)相比,其主要特点之一就是可以使用非贵金属催化剂替代商业Pt/C,从而避免非贵金属在酸性中的不稳定性.膜电极是燃料电池的核心部件,制约燃料电池的性能.催化层作为膜电极的主要部件,由催化剂和离聚物组成.离聚物质量分数影响催化层孔的尺寸和分布,从而影响电化学反应速率和燃料电池反应中的氧扩散和水传输.同时,催化层与气体扩散层接触的紧密程度也影响了接触电阻.因此,对催化层微观结构的调控决定着燃料电池发电性能.目前,关于AMFC的催化层研究以贵金属Pt/C催化剂为主,对于非贵金属催化层研究相对较少,制约了其在碱性膜燃料电池中的应用.本文使用实验室自制的Co-N-C催化剂和商业FAA-3离聚物制备了阴极催化层,探究了Co-N-C催化层中离聚物的质量分数对催化层结构的影响,通过研究催化剂墨水的组分和配比,发现当离聚物质量分数为40%时燃料电池性能最高达到139.7 mW/cm2,与使用Pt/C催化剂的燃料电池性能相近.
关键词
碱性膜燃料电池
膜电极
非贵金属催化层
离聚物质量分数
Keywords
alkaline membrane fuel cell
membrane electrode
non-noble metal catalyst layer
ionomer content
分类号
TK9 [动力工程及工程热物理]
下载PDF
职称材料
题名
Fe-N-C阴极催化层离聚物可控热解对膜电极性能与稳定性的影响研究
2
作者
王庆鑫
崔勇
李蕴琪
卢善富
相艳
机构
北京航空航天大学能源与动力工程学院、仿生能源材料与器件北京市重点实验室
出处
《化学学报》
SCIE
CAS
CSCD
北大核心
2023年第10期1350-1356,共7页
基金
国家自然科学基金(Nos.U22A20419,22005016)
北京市科技计划(No.Z221100007522006)资助.
文摘
为了改善M-N-C阴极催化层“水淹”和物质传输效率低的问题,通过对催化层中全氟磺酸离聚物侧链上亲水性磺酸根的可控热解,在催化剂活性位点原位调控亲疏水平衡,优化催化层中质子、水和氧传输效率,构建高效三相反应界面,提升膜电极的输出性能与稳定性.结果表明通过调节热处理温度和时间,可以有效控制催化层离聚物侧链上磺酸根的热解程度.以离聚物和Fe-N-C催化剂质量比(I/C)为0.5的催化层作为模型催化层,在N_(2)气氛下250℃热处理40 min,全氟磺酸离聚物中磺酸根分解比例为16.3%,催化层疏水性显著提升,表面水接触角由113°增加至134°,同时催化层保持了较高的离子传导能力,对应的膜电极输出性能最佳,峰值功率密度达到359.7 mW·cm^(-2),较热处理前膜电极性能提升了38%.在0.4 V恒压条件下测得热处理后催化层的物质传输电阻为242.48 mΩ·cm^(2),较热处理前下降了29.8%.由热处理40 min催化层组装的电池性能衰减缓慢,可以稳定运行至少100 h.本研究工作探究了催化层中离聚物部分可控热解对提升M-N-C非贵金属膜电极燃料电池性能和稳定性的可行性.
关键词
质子交换膜燃料电池
非贵金属催化层
热处理
水淹
全氟磺酸离聚物
Keywords
proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs)
non-precious metal catalyst layers
teat treatment
flooding
perfluorosulfonic acid ionomer
分类号
O643.36 [理学—物理化学]
TM911.4 [电气工程—电力电子与电力传动]
原文传递
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
碱性膜燃料电池阴极Co-N-C催化剂层的性能优化
尹燕
裴亚彪
祝伟康
张俊锋
《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》
EI
CSCD
北大核心
2021
3
下载PDF
职称材料
2
Fe-N-C阴极催化层离聚物可控热解对膜电极性能与稳定性的影响研究
王庆鑫
崔勇
李蕴琪
卢善富
相艳
《化学学报》
SCIE
CAS
CSCD
北大核心
2023
0
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