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文檔簡介
1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)因其清潔、高效、啟動快等特點,在便攜式電器、分布式電站和電動汽車等領域具有廣泛的應用前景。然而,膜電極成本及性能制約了質(zhì)子交換膜燃料電池的商業(yè)推廣。本文從膜電極材料和結構進行了研究,以期降低膜電極的成本,同時通過強化膜電極的傳質(zhì)過程提高電池的性能。
通過簡單浸泡,在膜表面形成梯度交聯(lián)結構,制備了高磺化度(~80%)、高尺寸穩(wěn)定性以及高機械強度的改性磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜。改性操作簡便,將S
2、PEEK膜依次在NaBH4和H2SO4溶液中浸泡,即可得到改性SPEEK膜。改性 SPEEK膜在80℃時的導電率可達0.11S·cm-1,溶脹度僅為38.6%。未改性SPEEK膜在30℃時溶脹度為31%,高于30℃時發(fā)生溶解。改性后,膜的機械強度由15.1MP提高到46.6MPa。通過1H-NMR和ATF-TIR表征,發(fā)現(xiàn)NaBH4將SPEEK主鏈上的羰基還原為羥基,H2SO4則使羥基與磺酸根發(fā)生酯化交聯(lián)。
結合實驗表征和分子
3、模擬計算,系統(tǒng)研究了在芘基化合物/乙二醇-水溶液中制備高性能石墨烯納米片載鉑催化劑(Pt/GNPs)的過程。結果顯示,1.芘甲酸(或氨基芘)既可吸附在GNPs表面,又容易在GNPs表面滑動。這使芘甲酸(或氨基芘)在超聲條件下能夠插層、剝離GNPs,得到較薄GNPs(甚至石墨烯)。2.芘甲酸(或氨基芘)能夠鍵合到Pt顆粒表面,作為“阻隔分子”,避免Pt顆粒之間的團聚。3.芘甲酸(或氨基芘)使Pt顆粒生長以奧斯瓦爾德熟化為主,最終得到尺寸均
4、勻的Pt納米顆粒。4.Pt納米顆粒在芘甲酸(或氨基芘)作用下,均勻負載到GNPs表面。
首次采用接電負載的方法直接將Pt/GNPs負載到HCP120碳紙表面,制備了取向結構催化層。取向結構縮短了電極內(nèi)的傳質(zhì)路徑,同時提高了 Pt的利用率(最高達97%)。實驗結果表明,負載到擴散層上的取向結構,是依靠Pt/GNPs彼此間的相互“搭接”穩(wěn)定存在。以0.001mg·mL-1的Pt/GNPs四氯化碳分散液,在8V·cm-1、10Hz的
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