水合氧化釕促進(jìn)質(zhì)子交換膜燃料電池動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)動(dòng)態(tài)響應(yīng)問(wèn)題是影響電池使用壽命及可靠性的決定因素之一。由于PEMFC輸出電能是由電化學(xué)反應(yīng)、氣體和質(zhì)子傳遞、電子傳導(dǎo)等過(guò)程串聯(lián)的，氣體和質(zhì)子傳遞速度遠(yuǎn)低于電子傳導(dǎo)速度，當(dāng)大電流瞬間加載時(shí)(如汽車的啟動(dòng)、加速等過(guò)程)，PEMFC會(huì)因?yàn)闅怏w傳遞速度變化的滯后，而使催化劑表面處于欠氣(或質(zhì)子)狀態(tài)，造成PEMFC輸出電壓驟降至零甚至反極，對(duì)電池破壞性極大，會(huì)嚴(yán)重影響電池的性能和壽命，因而提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)是PEMFC

2、在汽車等動(dòng)態(tài)負(fù)載領(lǐng)域應(yīng)用商業(yè)化的重要前提。
　　 在燃料電池領(lǐng)域，PEMFC的陰極普遍采用的電催化劑是碳載鉑催化劑，與傳統(tǒng)的炭黑相比，由于碳納米管(CNTs)具有較高的電化學(xué)比表面積，優(yōu)異的電子傳導(dǎo)性能，成為一種新型的電催化劑載體。
　　 RuO2·xH2O是一種功率密度高、制備工藝簡(jiǎn)單的超級(jí)電容器材料。本文采用兩種方法——浸漬-溶膠凝膠法和電化學(xué)沉積法制備RuO2·xH2O，且首次提出將RuO2·xH2O/CNTs與P

3、t/C電極結(jié)合，利用RuO2·xH2O的電容作用提高PEMFC的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
　　 采用浸漬-溶膠凝膠法將：RuO2·xH2O擔(dān)載到CNTs上，可以制備雙電層電容與法拉第準(zhǔn)電容的復(fù)合電容器，這種電容器同時(shí)具有較高的能量和功率密度。將這種復(fù)合材料噴涂在Pt/C電極表面，制成PEMFC陰極，然后組裝成單電池在燃料電池測(cè)試平臺(tái)上測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示：與單純的含Pt/C催化劑的單電池相比，陰極添加了RuO2·xH2O/CNTs的單電池動(dòng)態(tài)響

4、應(yīng)性能有顯著的提高，這對(duì)提高PEMFC可靠性有著重要意義。
　　 循環(huán)伏安測(cè)試表明，擔(dān)載了RuO2·xH2O的CNTs電容明顯大于未載RuO2·xH2O的電容；從CNTs的TEM圖可觀察到通過(guò)浸漬.溶膠凝膠法制備的RuO2·xH2O粒徑較小(3nm左右)且分布均勻；膜電極的交流阻抗測(cè)試也顯示出電極的反應(yīng)電阻減小，易于電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。把在催化劑層和Nafion膜之間載入的RuO2·xH2O/CNTs復(fù)合材料看做一個(gè)與PEMFC陰

5、極相并聯(lián)的獨(dú)立的電容器，通過(guò)與對(duì)比電極的比較可看到加入RuO2·xH2O/CNTs復(fù)合材料的電極電池穩(wěn)態(tài)性能略有提高，而動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試結(jié)果明顯優(yōu)于未載此復(fù)合材料的電極，說(shuō)明了RuO2·xH2O/CNTs所具有的快速充放電功能在電池瞬間加大電流時(shí)對(duì)電壓過(guò)降起到了明顯的緩沖作用，同時(shí)可以有效地提高電池的壽命和可靠性。
　　 此外，以鉑碳電極為基體，采用電化學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)水合氧化釕在電極表面的高分散沉積；通過(guò)掃描電鏡考察該電極的表面形貌，