燃料电池纤维排布催化剂层制备与性能研究
发布时间：2023-02-12 18:09
质子交换膜燃料电池是未来车用动力技术的发展方向,而催化剂层作为燃料电池的核心构件,是决定车用燃料电池的性能、耐久性、成本及零下启动能力的关键。经过近两百年的发展,催化剂层目前发展出三种结构:颗粒堆叠、柱状阵列和纤维排布;其中,纤维排布催化剂层在性能、耐久性及水管理方面具有突出优势。纤维排布型催化剂层主要由静电纺丝方法制备得到,制备过程直接是决定催化剂层性能的关键,但目前静电纺丝制备过程中的溶液配方、规程仍有待进一步研究。此外,零下启动能力是目前限制燃料电池汽车在温寒带地区推广的关键,而目前尚无研究报道纤维排布型催化剂层的零下启动特性及零下启动老化特征。本文的核心创新点是针对目前纤维排布型催化剂层,研究其零下启动特性及其零下启动老化特征,为提升车用燃料电池的性能及零下启动能力奠定基础。本文主要部分由四个章节组成。第二章,针对纤维排布型催化剂层的静电纺丝制备方法,研究了浆料的配制、浆料的分散、静电纺丝过程及热压过程,并确定了各过程的关键制备参数。在静电纺丝过程中,重点介绍了静电纺丝过程中纤维“失稳”现象,并通过温、湿度控制变量实验,确定了纤维“失稳”的温、湿度边界。第三章,针对纤维排布型催...
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 质子交换膜燃料电池的工作原理
1.3 催化剂层研究概述
1.3.1 催化剂层制备技术与结构的演变
1.3.2 三种结构的催化剂层比较
1.3.3 纤维排布型催化剂层的研究现状
1.4 零下启动研究概述
1.4.1 零下启动研究进展
1.4.2 零下启动策略研究现状
1.4.3 燃料电池零下启动老化问题
1.5 本文的研究内容
第二章 催化剂层制备过程的研究
2.1 纤维排布催化剂层的制备
2.1.1 实验材料及装置
2.1.2 纤维排布催化剂层的制备过程
2.2 静电纺丝过程中纤维“失稳”现象的初步探索
2.2.1 实验材料与装置
2.2.2 实验流程
2.2.3 实验结果
2.3 本章小结
第三章 催化剂层的零上特性研究
3.1 催化剂层的物理特性表征
3.1.1 催化剂层结构特性表征
3.1.1.1 实验方法
3.1.1.2 实验材料及装置
3.1.1.3 铂颗粒直径表征的实验流程及结果
3.1.1.4 催化剂层孔隙特性表征的实验流程及结果
3.1.2 催化剂层的材料特性
3.1.2.1 实验方法
3.1.2.2 实验材料及装置
3.1.2.3 实验流程及结果
3.2 催化剂层的功能特性表征
3.2.1 实验方法
3.2.2 实验材料及装置
3.2.3 实验流程及结果
3.2.3.1 活化期间电化学阻抗谱测试
3.2.3.2 活化后循环伏安法测试
3.2.3.3 活化后电化学阻抗谱测试
3.2.3.4 活化之后线性扫描伏安法测试
3.3 催化剂层的发电特性表征
3.3.1 实验材料及装置
3.3.2 实验流程及损失分离的原理
3.3.3 实验结果
3.4 本章小结
第四章 催化剂层的零下特性研究
4.1 实验材料及装置
4.2 热压对零下启动特性的影响
4.2.1 实验流程
4.2.2 实验结果
4.3 纤维排布催化剂层与颗粒堆叠催化剂层零下特性的对比
4.3.1 实验流程
4.3.2 平衡吹扫结果
4.3.3 零下启动能力的对比
4.4 本章小结
第五章 催化剂层零下启动过程的老化机理研究
5.1 零下启动前后物理特性
5.1.1 铂颗粒直径的表征
5.1.1.1 实验材料及装置
5.1.1.2 实验流程及结果
5.1.2 催化剂层形貌表征
5.1.2.1 实验材料和装置
5.1.2.2 催化剂层面内形貌表征的实验流程及结果
5.1.2.3 催化剂层截面形貌表征实验流程及结果
5.1.3 催化剂层厚度表征的实验流程及结果
5.1.4 催化剂层截面元素分布表征的实验流程及结果
5.2 零下启动前后功能特性的对比
5.2.1 线性扫描伏安法测试对比
5.2.2 循环伏安法测试对比
5.2.3 电化学阻抗谱测试对比
5.3 零下启动前后发电特性的对比
5.3.1 零下启动前后极化曲线的对比
5.3.2 损失分离结果的对比
5.4 本章小结
第六章 总结
6.1 研究结论
6.2 研究展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
导师及作者简介
附件
本文编号：3741574
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 质子交换膜燃料电池的工作原理
1.3 催化剂层研究概述
1.3.1 催化剂层制备技术与结构的演变
1.3.2 三种结构的催化剂层比较
1.3.3 纤维排布型催化剂层的研究现状
1.4 零下启动研究概述
1.4.1 零下启动研究进展
1.4.2 零下启动策略研究现状
1.4.3 燃料电池零下启动老化问题
1.5 本文的研究内容
第二章 催化剂层制备过程的研究
2.1 纤维排布催化剂层的制备
2.1.1 实验材料及装置
2.1.2 纤维排布催化剂层的制备过程
2.2 静电纺丝过程中纤维“失稳”现象的初步探索
2.2.1 实验材料与装置
2.2.2 实验流程
2.2.3 实验结果
2.3 本章小结
第三章 催化剂层的零上特性研究
3.1 催化剂层的物理特性表征
3.1.1 催化剂层结构特性表征
3.1.1.1 实验方法
3.1.1.2 实验材料及装置
3.1.1.3 铂颗粒直径表征的实验流程及结果
3.1.1.4 催化剂层孔隙特性表征的实验流程及结果
3.1.2 催化剂层的材料特性
3.1.2.1 实验方法
3.1.2.2 实验材料及装置
3.1.2.3 实验流程及结果
3.2 催化剂层的功能特性表征
3.2.1 实验方法
3.2.2 实验材料及装置
3.2.3 实验流程及结果
3.2.3.1 活化期间电化学阻抗谱测试
3.2.3.2 活化后循环伏安法测试
3.2.3.3 活化后电化学阻抗谱测试
3.2.3.4 活化之后线性扫描伏安法测试
3.3 催化剂层的发电特性表征
3.3.1 实验材料及装置
3.3.2 实验流程及损失分离的原理
3.3.3 实验结果
3.4 本章小结
第四章 催化剂层的零下特性研究
4.1 实验材料及装置
4.2 热压对零下启动特性的影响
4.2.1 实验流程
4.2.2 实验结果
4.3 纤维排布催化剂层与颗粒堆叠催化剂层零下特性的对比
4.3.1 实验流程
4.3.2 平衡吹扫结果
4.3.3 零下启动能力的对比
4.4 本章小结
第五章 催化剂层零下启动过程的老化机理研究
5.1 零下启动前后物理特性
5.1.1 铂颗粒直径的表征
5.1.1.1 实验材料及装置
5.1.1.2 实验流程及结果
5.1.2 催化剂层形貌表征
5.1.2.1 实验材料和装置
5.1.2.2 催化剂层面内形貌表征的实验流程及结果
5.1.2.3 催化剂层截面形貌表征实验流程及结果
5.1.3 催化剂层厚度表征的实验流程及结果
5.1.4 催化剂层截面元素分布表征的实验流程及结果
5.2 零下启动前后功能特性的对比
5.2.1 线性扫描伏安法测试对比
5.2.2 循环伏安法测试对比
5.2.3 电化学阻抗谱测试对比
5.3 零下启动前后发电特性的对比
5.3.1 零下启动前后极化曲线的对比
5.3.2 损失分离结果的对比
5.4 本章小结
第六章 总结
6.1 研究结论
6.2 研究展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
导师及作者简介
附件
本文编号：3741574
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