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DICP OpenIR  > 中国科学院大连化学物理研究所  > 学位论文
学科主题: 物理化学
题名: 直接甲醇燃料电池膜电极微观结构研究
作者: 王素力
答辩日期: 2007-01-13
导师: 孙公权/辛勤
专业: 物理化学
授予单位: 中国科学院研究生院
学位: 博士
摘要: 直接甲醇燃料电池(DMFC)具有理论比能量高、结构简单、燃料存储携带方便等优点,在诸多领域有着广阔的应用前景。膜电极(MEA)是DMFC的核心部件。本论文围绕MEA微观结构与宏观性能之间的内在联系,对Nafion®聚合物在溶液中的聚集形态、催化层中的分布取向以及阴极催化层的孔结构和亲/疏水性等进行了系统研究,主要结论如下: (1) 采用动态光散射、电子扫描探针等技术研究了Nafion®聚合物在溶液中聚集形态和在催化层中的分布及其对DMFC性能的影响。实验发现:以水为分散剂,Nafion®聚合物主要以一次团聚体、二次团聚体和单分子形态存在;以乙醇或乙醇/水为分散剂,则以一次团聚体和二次团聚体存在;加入一定量的NaOH,二次团聚体可被有效解离,在催化剂浆液和催化层中,电催化剂Pt粒子与磺酸根基团分布均匀,Pt的电化学表面积提高了约50%。 (2) 通过在阴极催化层和电解质膜之间引入Nafion®聚合物过渡层,显著提高了催化层和电解质膜的结合强度,制备的MEA在乙醇/水溶液中浸泡150小时后催化层与电解质膜无明显剥离。 (3) 成功地制备了在微米尺度下关键组分具有一定取向的MEA。研究结果表明:部分Nafion®聚合物分子发生了重排,形成有序主链结晶结构。在75oC,0.2MPa O2条件下,与传统MEA相比,DMFC单电池最大输出功率密度从200 mW/cm2提高到250 mW/cm2。 采用草酸铵为造孔剂调控了阴极催化层的孔结构、亲/疏水性,改善了质量传输过程,在90 oC,0.2MPa O2/air条件下,DMFC单电池最高输出功率密度可以达到300/240 mW/cm2。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://cas-ir.dicp.ac.cn/handle/321008/114743
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王素力. 直接甲醇燃料电池膜电极微观结构研究[D]. 中国科学院研究生院. 2007.
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