富氧过程与质子交换膜燃料电池阴极反应耦合

论文摘要

质子交换膜燃料电池通常采用空气作阴极氧化剂，由于O2在空气中分压只有0.021MPa，其余为不参加反应的惰性气体，在反应过程中将造成一定的电压损失，这也是制约电池性能提高的因素之一。 CeO2以其独特的吸放氧特性，已广泛应用于汽车尾气净化、固体氧化物燃料电池等。本文分别采用溶胶法和浸渍法向质子交换膜燃料电池阴极Pt／C催化剂添加了CeO2，并进行了相应的测试。透射电子显微镜（TEM）分析和循环伏安测试表明：两种方法制备的CeO2的粒径、形态分布以及在Pt／C表面的覆盖度都不相同。单电池测试结果发现，CeO2的富氧作用表现明显，以溶胶法制得的CeO2-Pt／C催化剂中，3％CeO2含量的催化剂呈现最佳的性能，而由浸渍法制得的CeO2-Pt／C则以1％CeO2含量的性能最好，但对比之下不如溶胶法制备的含3％CeO2的催化剂。旋转盘电极测试证明，在空气饱和的H2SO4中，CeO2的加入能显著促进氧的还原，使氧还原的电流提高了大约25％。在上述工作基础上，本文对CeO2在质子交换膜燃料电池中的作用机理进行了初步分析。 此外，本文还较为系统研究了电极制备与测试条件对于电池性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 质子交换膜燃料电池的电极结构
• 1.3 电极性能的影响因素与提高手段
• 1.4 课题的来源及研究的主要内容
• 本章小结
• 2-Pt／C催化剂的制备与分析'>第二章 CeO₂-Pt／C催化剂的制备与分析
• 2.1 实验方案与思路
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器与药品
• 2.2.2 Pt／C电催化剂的制备
• 2-Pt／C催化剂的制备'>2.2.3 CeO₂-Pt／C催化剂的制备
• 2-Pt／C催化剂的表征'>2.2.4 CeO₂-Pt／C催化剂的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2水溶胶的制备方法选择'>2.3.1 CeO₂水溶胶的制备方法选择
• 2-Pt／C催化剂的TEM分析'>2.3.2 CeO₂-Pt／C催化剂的TEM分析
• 2.3.3 催化剂的电化学比表面积
• 本章小结
• 2-Pt／C催化剂的氧还原性能分析'>第三章 CeO₂-Pt／C催化剂的氧还原性能分析
• 3.1 实验意义与目的
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器与药品
• 3.2.2 PEMFC电极的制备与测试
• 3.2.3 旋转盘电极氧还原测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 电池性能测试
• 3.3.2 旋转盘电极氧还原分析
• 2的富氧机理探讨'>3.4 CeO₂的富氧机理探讨
• 本章小结
• 第四章 PEMFC电极的制备与测试研究
• 4.1 试验方案与思路
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器与药品
• 4.2.2 喷涂法制备亲水电极
• 4.2.3 刷涂法制备亲水电极
• 4.2.4 MEA的制备
• 4.2.5 电池性能测试条件研究
• 4.2.6 扫描电镜
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 电极制备方法对电极性能影响
• 4.3.2 电极测试条件对实验结果影响
• 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢