直接甲醇燃料电池静电纺丝型气体扩散层的制备及其性能表征

发布时间：2021-01-05 12:28

　　在众多的可再生清洁能源技术中,直接甲醇燃料电池（DMFC）因其具有许多独特的优点,如使用碳中和及可再生的燃料、能量密度高、功率密度大、结构相对简单、噪声和运行成本较低、操作运输简便等,近年来受到全世界广泛的关注,是具有发展潜力的新兴能源技术之一。然而,DMFC在其商业化道路中仍有许多关键问题亟待解决:（1）阳极甲醇氧化反应动力学缓慢;（2）甲醇串流引起的燃料损失和阴极混合电位;（3）液态水在阴极积累导致的“水淹”问题。目前,为了缓解水淹造成的极化损失和电压波动,一般将常规气体扩散层（GDL）材料（如碳布、碳纸等）进行憎水处理,并额外涂覆一层憎水微孔层以调控液态水在电极中的含量及分布。然而,这些措施不仅改变了原GDL的孔结构及界面形貌,还增加了制作工序和成本。因此,设计并开发新型的GDL,以提高其氧气传质能力和降低成本,是目前研究的主要方向之一。本文以聚丙烯腈（PAN）为前驱体,结合高压静电纺丝技术及纤维热处理的方法,制备系列三维多孔、自支撑的碳纤维层,并对其进行物理和化学表征以及电池性能的测试,探讨静电纺丝型GDL在DMFC中的应用,为电池结构的优化设计提供指导和借鉴。主要研究内容和结... 

【文章来源】：深圳大学广东省

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

DMFC的结构示意图

备的复合膜电池性能进行测试，从测试结果可以看出，氧化锆纳功率密度。在 60 °C、1 M 甲醇条件下，氧化锆纳米复合膜的功比 Nafion 115 膜的功率密度提高了 7%。C 中，催化层一般由催化剂和质子导体混合而成，它的主要作用阴极的氧气还原获得更高的电化学反应速率。除了受动力学的限与层之间的接触电阻以及传质也会影响电池的性能[18, 19]，这几者解决这些问题，目前大部分的研究主要致力于提高催化剂活性、态等。而催化剂是 DMFC 进行电化学反应的重要部件，催化剂能产生很大的影响，因此关于催化剂的研究一直是研究者们重点

研究人员也利用其他金属(Ni,Sn,Rh,Os,Re,Mo)[21-25]通过这种双功能机来改善 CO 的耐受性。也有添加金属氧化物(RuO2,ZrO2,CeO2,TiO2,SnO2)中来达到相同的目的，但添加金属氧化物可能使催化剂的电子传导性降低剂的性能下降[26]。.2 阴极催化剂DMFC 中通常使用 Pt/C 作为阴极催化剂，但其催化活性仍然没有达到理要求。在 DMFC 中，理想的 ORR 过程需要含氧粒子发生解离，Pt 催化剂点吸附解离的含氧粒子，从而完成四电子反应[20, 27, 28]。研究人员曾尝试研渡金属负载的二元和三元催化剂，例如 Pt–Fe、Pt–Cr、Pt–Ni、Pt–Co、P催化剂提高了 ORR 过程的活性[29, 30]。Baglio[30]等研究 Pt 与过渡金属构成的性能，发现 Pt–Fe 催化剂展现出更高的 ORR 活性，比 Pt 催化剂有更好测试如图 1-3。


本文编号：2958663