直接乙醇燃料電池(DEFC)由于乙醇的天然存在性、無毒,是一種可再生能源開始引起人們的研究興趣。但與直接甲醇燃料電池和氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池相比,DEFC的功率密度很低,遠(yuǎn)不能達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的水平。雖然直接甲醇燃料電池中的甲醇滲透問題受到人們的關(guān)注而且已經(jīng)進(jìn)行了深入研究,但DEFC 中的乙醇滲透問題目前鮮有問津。在本論文中,系統(tǒng)研究了乙醇透過Nafion-115 電解質(zhì)膜的滲透率,并與相應(yīng)的甲醇的滲透率進(jìn)行了比較。與此同時,研究比較了它們對PtRu 為陽極催化劑的直接醇類燃料電池性能的影響。進(jìn)一步研究了膜電極集合體(Membrane Electrode Assembly, MEA)制備方法對DEFC 性能的影響。而且采用半電池和單池評價技術(shù)研究了乙醇在碳載PtSn催化劑上的電氧化機(jī)理。此外,對以乙醇為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)操作體系進(jìn)行了有效能分析(ExergyAnalysis)。 實驗結(jié)果表明與相同濃度的甲醇水溶液相比,透過Nafion膜的乙醇的滲透率低于甲醇的滲透率。由于乙醇滲透率小而且乙醇在Pt/C 催化劑上的電氧化活性低使得乙醇滲透對直接醇類燃料電池的陰極性能影響小。但是,乙醇對電解質(zhì)膜的溶脹能力強(qiáng),造成了電池性能衰減和失活,這是DEFC 研究的一個重要技術(shù)難題。 MEA 制備方法對乙醇滲透、DEFC 的開路電壓和電池性能都有明顯的影響。盡管與傳統(tǒng)電極制備方法相比,薄層轉(zhuǎn)壓技術(shù)的多步驟操作過程對陽極PtRu 催化劑的表面組成和陰極Pt 催化劑的粒徑分布都有明顯的影響,但由于其制備的MEA 催化層薄而且催化劑與電解質(zhì)膜之間接觸好而使之具有較好的DEFC 性能。 從Pt/C 和PtSn/C 分別為DEFC 陽極催化劑的單池恒電流放電產(chǎn)物分布以及電化學(xué)表征結(jié)果可以看出,錫能夠明顯提高鉑對乙醇的電催化活性,它能使乙醇比在Pt 上更低的電位下氧化生成乙酸,但是,乙醇氧化的產(chǎn)物仍然主要是含C-C 的化合物,C-C 鍵的斷裂仍是其核心問題。根據(jù)單池放電產(chǎn)物的分布結(jié)果提出了乙醇在PtSn/C 催化劑上電氧化的可能機(jī)理。

標(biāo)簽：電極乙醇制備