碱性体系中铂碳氧还原电催化剂稳定性研究
发布时间：2021-06-08 13:04
氢的燃烧不会产生温室气体,没有臭氧层消耗,很少或没有酸雨成分和污染。氢气现在被广泛认为是二十一世纪潜在能源解决方案的一个关键要素,能够协助解决环境污染,可持续性和能源安全问题。碱性膜燃料电池（AEMFC）与其它酸性燃料电池必须使用铂族金属（PGM）基催化剂相反,在电极上向碱性条件的转移开启了一系列低成本非贵金属催化剂的潜在用途。本论文研究了 Pt/C在碱性介质中的性能衰减机制,阴离子对碱性介质中ORR活性和Pt/C耐久性的影响,合成高ORR活性和高耐久性的PtNi/C合金催化剂。主要内容如下:1.将载有Pt/C催化剂的工作电极分别在0.1 M HClO4溶液和0.1 MKOH溶液下进行循环伏安扫描老化测试6000圈。结果表明,Pt/C在碱性条件下比在酸性条件下ORR活性更低和耐久性更差。使用动电位氧化和恒电位氧化两种不同的方法测试Pt/C催化剂的耐久性,结果说明恒电位氧化的危害性小于动电位氧化,循环到更高的电位Pt/C催化剂性能衰减更加厉害。2.CO32-,F-,Cl-,Br-和SO42-阴离子对Pt/C的ORR活性的影响可忽略不计。I-,SO32-和S2-在非常低的浓度下对Pt/C的...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１碱性膜燃料电池基本单元的工作示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｎｉｏｎ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ??
ＯｍＶｓ－１和Ａｒ饱和??电解质中记录循环伏安法（ＣＶ）曲线。在以１０?ｍＶ?ｓ－１的扫描速率并且工作电极??１６００ｒｐｍ旋转和在０２饱和电解质中记录ＯＲＲ极化曲线。文章中所有电势都要转??化为可逆氢电势（ＲＨＥ），通过测定催化剂对氢气的氧化反应来校准参比电极，??即ＲＨＥ＝ＳＣＥ＋Ｅ，?（Ｅ是通氢气时，电流为零处的电势值）。此外，还需进行溶??液补偿。??３．３结果与讨论??３．３．１?Ｐｔ／Ｃ的电化学性能表征??在循环伏安法（ＣＶ）情况下，电压以固定速度在两个值之间扫描（见图３－１）。??下面记录的是一个可逆单电极在酸性介质中传递反应的循环伏安图，各电势区域??所代表的电化学过程如图３－１所示。??１?°＇?氧吸附区，氧析出??０．５－广Ａ?｜双电层区ｉ?，??Ｎ——??！００＇—￣??Ｉ－?／；??／?ｉ?Ｉ氧化物还原．??－１〇－?ｗ??１?５?Ｉ?，??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０?１．２??ＥＮ?｛ｖｓ．?ＲＨＥ）??图３－１?Ｐｔ／Ｃ在０．１?Ｍ?ＨＣｌ〇４中的ＣＶ曲线??Ｆｉｇ．?３－１?ＣＶ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?Ｐｔ／Ｃ?ｉｎ?０．１?Ｍ?ＨＣＩＯ４?ｓｏｌｕｔｉｏｎ??图３－２为Ｐｔ／Ｃ在０．１?ｍｏｌ?Ｌ－１?ＫＯＨ溶液中ＣＶ曲线各峰的分析，Ｐｅａｋ?１对应??于氢的脱附过程，Ｐｅａｋ?２对应于氢的吸附过程，Ｐｅａｋ?３对应于Ｐｔ氧化层的形成??过程，Ｐｅａｋ?４对应于Ｐｔ氧化层的还原过程。氧化还原峰的距离代表着极化程度，??２２??
?第三章Ｐｔ／Ｃ催化剂在碱性体系中的性能衰减机制???越近越可逆，代表极化程度越小，越接近反应平衡。峰尖锐代表反应速度，峰越??尖锐，说明反应速率越快。??０?８＇?Ａ?＾?Ｐｅａｋ?１?＾?Ｐｅａｋ?３??：ｌ：??－－０．２－?￣＾’??＾?％??§。。：?Ｊ??＜?－０．２－??ｋ／Ｃ＾Ａ??，?Ｐｅａｋ?２?Ｎ?Ｐｅａｋ?４??－１．０?Ｊ?，???，?，?，?，?，?．??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０?１．２??Ｅ（Ｖ＼／ｓ．?ＲＨＥ）??图３－２?Ｐｔ／Ｃ在０．１?Ｍ?ＫＯＨ中的ＣＶ曲线??Ｆｉｇ．?３－２?ＣＶ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?Ｐｔ／Ｃ?ｉｎ?０．１?Ｍ?ＫＯＨ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ??３＿３．２Ｐｔ／Ｃ在酸性、碱性介质中的稳定性对比??当我们使用ＡＥＭＦＣ替代ＰＥＭＦＣ时，工作条件从酸性转移到碱性。我们??分别用０．１Ｍ?ＨＣ１０４和０．１Ｍ?ＫＯＨ作为电解质研究了?Ｐｔ／Ｃ在酸性和碱性条件下的??ＯＲＲ活性。图３－３显示了两种电解质中Ｐｔ／Ｃ的极化曲线。在０．１ＭＨＣ１Ｏ４和０．１Ｍ??ＫＯＨ电解质中，０．９Ｖ?（相对于ＲＨＥ，以下相同）处的质量活性分别为０．２１和??Ｏ．ｌｌｍＡｍｇｐｆ＇ｏ并且在０．１ＭＨＣｌＯ４和０．１ＭＫＯＨ电解质中分别计算０．９Ｖ下的??比活性为０．２７和０．１８ｍＡ?ｃｍＰｔ－２。Ｐｔ／Ｃ在碱性条件下的ＯＲＲ活性比在酸性条件中??低，这与先前的研究一致［１１１］。??２３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]质子交换膜燃料电池催化剂稳定性研究进展（Ⅰ）[J]. 尹鸽平,杜春雨,王振波. 电源技术. 2008(03)
硕士论文
[1]Fe3O4改性Pt/C催化剂阴极氧还原活性的研究[D]. 王海丽.大连交通大学 2010
本文编号：3218515
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１碱性膜燃料电池基本单元的工作示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｎｉｏｎ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌ??
ＯｍＶｓ－１和Ａｒ饱和??电解质中记录循环伏安法（ＣＶ）曲线。在以１０?ｍＶ?ｓ－１的扫描速率并且工作电极??１６００ｒｐｍ旋转和在０２饱和电解质中记录ＯＲＲ极化曲线。文章中所有电势都要转??化为可逆氢电势（ＲＨＥ），通过测定催化剂对氢气的氧化反应来校准参比电极，??即ＲＨＥ＝ＳＣＥ＋Ｅ，?（Ｅ是通氢气时，电流为零处的电势值）。此外，还需进行溶??液补偿。??３．３结果与讨论??３．３．１?Ｐｔ／Ｃ的电化学性能表征??在循环伏安法（ＣＶ）情况下，电压以固定速度在两个值之间扫描（见图３－１）。??下面记录的是一个可逆单电极在酸性介质中传递反应的循环伏安图，各电势区域??所代表的电化学过程如图３－１所示。??１?°＇?氧吸附区，氧析出??０．５－广Ａ?｜双电层区ｉ?，??Ｎ——??！００＇—￣??Ｉ－?／；??／?ｉ?Ｉ氧化物还原．??－１〇－?ｗ??１?５?Ｉ?，??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０?１．２??ＥＮ?｛ｖｓ．?ＲＨＥ）??图３－１?Ｐｔ／Ｃ在０．１?Ｍ?ＨＣｌ〇４中的ＣＶ曲线??Ｆｉｇ．?３－１?ＣＶ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?Ｐｔ／Ｃ?ｉｎ?０．１?Ｍ?ＨＣＩＯ４?ｓｏｌｕｔｉｏｎ??图３－２为Ｐｔ／Ｃ在０．１?ｍｏｌ?Ｌ－１?ＫＯＨ溶液中ＣＶ曲线各峰的分析，Ｐｅａｋ?１对应??于氢的脱附过程，Ｐｅａｋ?２对应于氢的吸附过程，Ｐｅａｋ?３对应于Ｐｔ氧化层的形成??过程，Ｐｅａｋ?４对应于Ｐｔ氧化层的还原过程。氧化还原峰的距离代表着极化程度，??２２??
?第三章Ｐｔ／Ｃ催化剂在碱性体系中的性能衰减机制???越近越可逆，代表极化程度越小，越接近反应平衡。峰尖锐代表反应速度，峰越??尖锐，说明反应速率越快。??０?８＇?Ａ?＾?Ｐｅａｋ?１?＾?Ｐｅａｋ?３??：ｌ：??－－０．２－?￣＾’??＾?％??§。。：?Ｊ??＜?－０．２－??ｋ／Ｃ＾Ａ??，?Ｐｅａｋ?２?Ｎ?Ｐｅａｋ?４??－１．０?Ｊ?，???，?，?，?，?，?．??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０?１．２??Ｅ（Ｖ＼／ｓ．?ＲＨＥ）??图３－２?Ｐｔ／Ｃ在０．１?Ｍ?ＫＯＨ中的ＣＶ曲线??Ｆｉｇ．?３－２?ＣＶ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?Ｐｔ／Ｃ?ｉｎ?０．１?Ｍ?ＫＯＨ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ??３＿３．２Ｐｔ／Ｃ在酸性、碱性介质中的稳定性对比??当我们使用ＡＥＭＦＣ替代ＰＥＭＦＣ时，工作条件从酸性转移到碱性。我们??分别用０．１Ｍ?ＨＣ１０４和０．１Ｍ?ＫＯＨ作为电解质研究了?Ｐｔ／Ｃ在酸性和碱性条件下的??ＯＲＲ活性。图３－３显示了两种电解质中Ｐｔ／Ｃ的极化曲线。在０．１ＭＨＣ１Ｏ４和０．１Ｍ??ＫＯＨ电解质中，０．９Ｖ?（相对于ＲＨＥ，以下相同）处的质量活性分别为０．２１和??Ｏ．ｌｌｍＡｍｇｐｆ＇ｏ并且在０．１ＭＨＣｌＯ４和０．１ＭＫＯＨ电解质中分别计算０．９Ｖ下的??比活性为０．２７和０．１８ｍＡ?ｃｍＰｔ－２。Ｐｔ／Ｃ在碱性条件下的ＯＲＲ活性比在酸性条件中??低，这与先前的研究一致［１１１］。??２３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]质子交换膜燃料电池催化剂稳定性研究进展（Ⅰ）[J]. 尹鸽平,杜春雨,王振波. 电源技术. 2008(03)
硕士论文
[1]Fe3O4改性Pt/C催化剂阴极氧还原活性的研究[D]. 王海丽.大连交通大学 2010
本文编号：3218515
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