电泳沉积制备燃料电池膜电极及其性能表征文献综述

 2021-11-01 21:09:08

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1.选题背景能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础。

然而,随着经济的迅速发展,煤炭、石油等传统化石能源日益枯竭,能源浪费严重,同时化石燃料的燃烧又产生大量的粉尘、氮氧化物、硫氧化物等有害物质,严重威胁人类生存的环境,因此,开发高效、环境友好的新能源成为备受人们关注的重要课题。

燃料电池是一种全新的能量转化装置,它不经过热机过程,因此不受卡诺循环限制,能量转化效率高(40%~60%),是内燃机的2~3倍[1, 2];环境友好,几乎不排放氮氧化物和硫氧化物;二氧化碳的排放量也比常规发电厂减少40 %以上,基于以上优点,燃料电池被认为是21世纪首选的高效、洁净的发电技术。

直接甲醇燃料电池(DMFC)具有能量密度高、燃料储存和使用方便等特点,代表了当前高比能化学电源的一个重要发展方向,在智能手机、笔记本、应急电源等移动电源场合具有重大应用需求。

其阳极用液态的、可再生的甲醇作为燃料,阴极用氧作为氧化剂,通过甲醇的电化学氧化和氧气的电化学还原,在外电路中释放出电子,实现化学能到电能的转换。

然而,要实现直接甲醇燃料电池大规模商业化需要解决甲醇跨膜渗透的关键性问题:在膜电极组件(MEA)的阴极侧发生的缓慢氧还原反应(ORR)导致阴极催化层(CCL)中的Pt负载过高[3],在阴极产生混合电位,降低直接甲醇燃料电池的开路电压,增加阴极极化和燃料消耗,降低直接甲醇燃料电池的能量转化效率;同时,又会使阴极催化剂中毒。

因此,制备高催化剂利用率和高性能的膜电极,对于推动直接甲醇燃料电池的实用化具有重要意义。

2.研究现状2.1.电泳沉积法(EPD)目前,对于燃料电池上阴阳极的催化剂涂抹均是通过人工进行,难免产生涂抹不均匀以及电池制作成本较高、效率低等问题。

同时,在阴极催化层中,ORR只发生在催化活性位点,其中Pt与质子、电子和氧直接接触[4]。

因此,需要高孔隙率的机械稳定层(最好是中间孔),以便为气态反应物(O2)和ORR产物(H2O)提供传输路径。

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