離子交換—電還原法制備質子交換膜燃料電池催化電極的研究.pdf

1、質子交換膜燃料電池（PEMFC）具有高能量密度、運行溫度低、清潔和穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在汽車、小型電站、移動電源等應用目標領域具有廣泛的應用前景。但是，PEMFC的壽命、成本、性能等核心問題和其他的一些技術問題阻礙了商業(yè)化的進程。目前，減少PEMFC中Pt催化劑的負載量、提高催化劑利用率已經(jīng)成為該領域重要的話題。
　　 傳統(tǒng)的PEMFC催化層通常由Pt/C催化劑、Nafion溶液和溶劑等成分隨機混合而成。大部分催化劑無法同時得到質子

2、、電子和O2而被浪費，降低了催化劑的利用率。針對這些問題，本方案提出通過離子交換-電還原的方法將Pt選擇性的沉積在碳與質子交換膜形成的三相界面上，來提高催化劑利用率、降低Pt載量。首先，構筑具有電子通道、氣體通道和質子通道的氣體多孔電極；然后，通過離子交換的方法將陽離子Pt鹽交換吸附在Nafion上；在電極上施加一個還原電流，只有C存在的地方才會有電流通過，使Pt沉積到碳與質子交換膜的三相界面上。通過控制Pt鹽濃度、Nafion含量、離

3、子交換-電還原的次數(shù)可以有效的控制Pt晶粒的尺寸、形狀和分散度。
　　 運用SEM等測試和分析手段，考察Pt鹽濃度、Nafion含量、離子交換-電還原的次數(shù)對Pt晶粒的尺寸大小、分散效果和粒徑分布的影響。用循環(huán)伏安（CV）和線性掃描（LSV）電化學手段，考察Pt/C催化劑的電催化活性和催化劑利用率。
　　 單電池性能測試結果表明，采用離子交換-電還原方法制備的Pt/C催化電極具有很高的催化活性和利用率。在陽極Pt載量0.