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学科主题物理化学
直接甲醇燃料电池阻醇膜电极的研究
孙海
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
英文摘要直接甲醇燃料电池(DMFC)由于理论能量密度高、结构简单、燃料存储携带方便等特点在移动电源方面具有广阔的应用前景。膜电极(MEA)是DMFC的核心部件,甲醇从阳极向阴极的渗透(crossover)以及阴极水淹问题不仅直接影响MEA的性能,而且对DMFC的稳定性和使用寿命至关重要。 本论文针对上述问题研究了无机/有机复合膜和具有一定自返水能力的MEA,提高了DMFC性能,同时还探索了MEA的热循环稳定性以及MEA批量制备方法。主要结论如下:(1)采用化学镀法成功地制备了Pd/Nafion复合膜,扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观测结果表明该复合膜Pd层与Nafion层结合紧密。与Nafion 115膜相比,采用Pd/Nafion 115复合膜制备的MEA的甲醇的渗透极限电流降低了36%,DMFC单池最大功率密度提高了2倍以上。(2)以Toray 060碳纸为支撑层制备了扩散层,通过PTFE和碳粉载量的调变,优化了扩散层的憎水性和孔结构,提高了扩散层的气体传输和排水能力。在60℃,常压低剂量空气进料条件下,DMFC单池在100mA/cm2时的电压由0.31V提高到0.40V以上。成功地制备了自返水结构的MEA,使DMFC阴极的水部分通过Nafion膜直接返回阳极,缓解了阴极的水淹,并在一定程度上抑制了甲醇渗透。(3)热稳定性研究结果表明:在热循环过程(-20℃~60℃)中催化层的电化学活性表面积不断降低,Nafion与催化层之间局部发生剥离,扩散层的结构部分被破坏,电池性能不断下降。冷冻前进行干气吹扫操作可在一定程度上减缓电池性能的衰减速度。(4)初步探索了MEA批量化制备工艺,采用乙二醇作分散剂,有效地改善了催化剂浆液的粘度和流动性,通过丝网印刷法制备了表面平整、重现性良好的催化层。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://cas-ir.dicp.ac.cn/handle/321008/114745
专题中国科学院大连化学物理研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
孙海. 直接甲醇燃料电池阻醇膜电极的研究[D]. 中国科学院研究生院,2007.
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