质子交换膜燃料电池氧电极有序稳定结构的构筑及耐久性研究

发布时间：2023-05-11 04:53

　　质子交换膜燃料电池作为一种可将化学能直接转变为电能的清洁能源而备受关注。但是由于质子交换膜燃料电池阴极的稳定性较差以及在高过电位下物质传质困难影响电池性能限制了燃料电池的发展。质子交换膜燃料电池阴极长时间运行稳定性差的问题主要是由催化剂的氧化以及载体的腐蚀两方面造成的。催化剂在载体表面发生氧化、溶解、再沉积是电化学活性面积衰减电极的稳定性变差的原因。另一方面,催化剂碳载体的腐蚀造成表面催化剂的脱落也严重的影响了电极的稳定性。而对于高过电位下传质困难则是由于电极内部物质排布无序所造成的物质缓慢传输。针对以上问题,本论文主要以如何提升质子交换膜燃料电池阴极稳定性和加速传质为目标对阴极Pt催化剂及Pt催化剂载体进行研究。通过对催化剂载体进行优化、加固Pt催化剂与载体之间的结合力以及提升催化剂的抗氧化性三方面来提升电极的稳定性。通过对催化剂或者电极结构进行合理化构建,形成有序的传质通道来提升电极的传质能力。主要结论如下:(1)使用片层状氧化石墨及有序多孔碳-石墨阵列替代传统碳载体以改善碳载体在高电位长时间运行下易发生腐蚀而使Pt催化剂发生脱落、迁移、团聚从而降低电极的稳定性的问题。实验结果表明...

【文章页数】：121 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
    2.1 燃料电池概述
    2.2 质子交换膜燃料电池概述
        2.2.1 质子交换膜燃料电池结构
        2.2.2 质子交换膜燃料电池工作原理
        2.2.3 质子交换膜燃料电池极化现象
    2.3 质子交换膜燃料电池膜电极概述
        2.3.1 质子交换膜燃料电池膜电极组件结构
        2.3.2 质子交换膜燃料电池膜电极研究进展
    2.4 质子交换膜燃料电池膜电极界面结构设计
        2.4.1 催化剂有序化膜电极
        2.4.2 催化剂载体有序化膜电极
        2.4.3 有序化膜电极总结
    2.5 影响膜电极性能和寿命的主要科学问题
        2.5.1 研究思路
        2.5.2 技术路线
        2.5.3 创新点
3 实验及表征方法
    3.1 实验所需设备及材料
    3.2 理化测试
    3.3 电化学测试
    3.4 实验方案
        3.4.1 碳类基底负载铂催化剂构建与稳定性研究
        3.4.2 碳纸基底直接负载阵列催化剂稳定性及性能研究
        3.4.3 金属氧化物基底阵列结构构建与稳定性研究
        3.4.4 形貌可控铂镍合金催化剂制备
4 改性碳基基底负载铂催化剂构建与稳定性研究
    4.1 氧化石墨层负载铂催化剂的稳定性研究
        4.1.1 氧化石墨载体构建
        4.1.2 电化学测试
    4.2 多孔碳-石墨有序化阵列载体负载铂催化剂的稳定性研究
        4.2.1 合成条件对多孔碳及催化剂形貌的影响
        4.2.2 电化学测试
    4.3 本章小结
5 碳纸基底直接负载催化剂稳定性研究
    5.1 室温甲酸还原法制备铂催化剂及稳定性研究
    5.2 电沉积花状铂催化剂及稳定性研究
    5.3 溶剂热法制备片状金属催化剂阵列及稳定性研究
    5.4 本章小结
6 金属氧化物阵列负载铂催化剂稳定性研究
    6.1
        6.1.1 棒状Pt-TiO₂@C阵列形貌及结构表征
        6.1.2 电化学测试
    6.2 多孔Pt-TiO₂@C阵列的稳定性研究
        6.2.1 多孔阵列形貌及结构表征
        6.2.2 电化学测试
    6.3 片状Pt-SnO₂@C阵列的稳定性研究
        6.3.1 片状阵列载体形貌及结构表征
        6.3.2 电化学测试
    6.4 多孔片状Pt-SnO₂阵列的稳定性研究
        6.4.1 多孔片状阵列形貌及结构表征
        6.4.2 电化学测试
    6.5 本章小结
7 铂镍合金催化剂制备与电极稳定性研究
    7.1 不同形貌铂镍合金形成机理及物理表征
    7.2 铂镍合金纳米粒子的电催化性能及稳定性研究
    7.3 本章小结
8 结论与展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集



本文编号：3814198