PEM燃料電池陰極氧還原催化劑的研制.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有高能量密度、運(yùn)行溫度低和穩(wěn)定性能較好等優(yōu)點(diǎn)，在航天領(lǐng)域、潛艇、電動(dòng)車、飛船等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。目前，雖然PEMFC的各項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，正處于大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的前夜。為使PEMFC能夠早日實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)，各國(guó)科研工作者正在致力于相關(guān)材料的研究，力圖降低PEMFC成本，提高相關(guān)材料的性能。
　　 合適的電催化劑材料是PEMFC降低電極反應(yīng)活化能、加快反應(yīng)速度、提高電池能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵，尤

2、其是用于陰極氧還原的電催化劑。
　　 本研究首先對(duì)催化劑材料WO3、RuO2的制備進(jìn)行了研究。
　　 ①分別使用了鎢酸鹽鹽酸分解法和溶膠-凝膠法制備WO3粉體材料，采用比表面積測(cè)試和SEM表征顆粒粒徑大小。鹽酸分解法在最佳反應(yīng)條件[H]+為4mol/L、MNa2WO4/MHCl為6.317×10-2的時(shí)候制得的氧化鎢粉體材料顆粒最小，粒徑約為120nm。顆粒形狀不規(guī)則，團(tuán)聚現(xiàn)象較為嚴(yán)重。溶膠-凝膠法在最佳反應(yīng)條件[H]+

3、為4mol/L、MNa2WO4/MHCl為3.158×10-2時(shí)產(chǎn)物粒徑最小，約為82.4nm。顆粒成球狀，也存在嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象。為此，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中加入乙醇作為分散劑來解決團(tuán)聚問題。
　　 ②以水合三氯化釕為原料采用膠體法制備出了無定型的RuO2，在使用碳酸氫銨為堿溶液，醇濃度為60％左右時(shí)，產(chǎn)物顆粒尺寸最小，約為0.615μm。
　　 本實(shí)驗(yàn)采用浸漬法制備了Pt/C催化劑，與E-TEK公司商品化Pt/C催化劑進(jìn)行循環(huán)伏

4、安測(cè)試比較看出，在降低了Pt載量的情況下依然有良好的氧還原催化性能。
　　 同樣采用浸漬法制備了Pt/RuO2、Pt/RuO2/C、Pt/WO3/C等PEMFC陰極催化劑，分別用TEM、XRD、FT-IR、CV等測(cè)試手段對(duì)所制備的電催化劑進(jìn)行了全面的分析。
　　 ①介孔R(shí)uO2和無定型RuO2的摻入對(duì)PEMFC陰極催化劑催化效果相差很大，前者能夠顯著提升催化性能，而后者卻明顯不適用。介孔R(shí)uO2的添加量越大，氧還原的電流

5、密度越大，對(duì)PEMFC陰極反應(yīng)的催化效果就越好。并且RuO2耐酸腐蝕性要強(qiáng)于C，因此RuO2的摻入同時(shí)還能提高催化劑的使用壽命。
　　 ②采用鎢酸鹽鹽酸分解法得到的WO3/C載體適用于PEMFC陰極催化劑，對(duì)比WO3/C XRD衍射圖與催化劑循環(huán)伏安測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，WO3顆粒尺寸及其結(jié)晶程度并不是影響Pt/WO3/C陰極催化性能的主要因素，起作用的應(yīng)該是低價(jià)鎢(WⅣ、WⅤ)數(shù)量及其晶體結(jié)構(gòu)組成。而在溶膠-凝膠法制備WO3/C過程中