質(zhì)子交換膜燃料電池電極耐久性的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）具有能量效率、能量密度高；沒有液體電解質(zhì)腐蝕；可以低溫快速啟動和結(jié)構(gòu)緊湊等特點。因此在電動汽車、地面發(fā)電站、水下潛艇和通訊電源等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。目前影響燃料電池商業(yè)應(yīng)用的主要問題是成本和壽命，特別是在汽車應(yīng)用時負載隨時隨地變化，燃料電池壽命大幅度下降，目前最好的動態(tài)負載下燃料電池的壽命為2200h，距離燃料電池汽車商業(yè)化目標(biāo)壽命5000h還有大的距離。因此，研究的燃料電池失效機理，尋找解決措施，對

2、提高燃料電池使用壽命，推動燃料電池技術(shù)商業(yè)化，減少環(huán)境污染都具有重大意義。 前人已經(jīng)就催化劑的耐久性進行了廣泛的研究，得到了比較明確的結(jié)論。本文著重研究Nafion電解質(zhì)的耐久性。Nafion作為電極催化劑的電解質(zhì)，在不同的溫度下具有不同的結(jié)晶度，而且在高溫處理后才具有更好的穩(wěn)定性。因此，本文采用改變電極后處理溫度的方法來改變Nafion的結(jié)晶度，提高Nafion的穩(wěn)定性，從而達到提高電極耐久性的目的。除此之外，本文對PEMFC

3、催化劑載體的耐腐蝕性進行了研究。石墨納米纖維（GNF）作為PEMFC載體的難點是GNF的顆粒達不到納米級。前人已在常溫下研究了GNF的耐腐蝕性。本文重點研究用高能球磨、濕磨的方法制備GNF；探討在高溫（80℃）環(huán)境下制備的GNF的耐久性，并對GNF作為PEMFC催化劑載體進行可行性研究。 本文通過對電極壽命測試的方法進行的研究得知，在酸性溶液環(huán)境下對電極做1000圈CV，電極性能可衰減57％，是一個快速的壽命測試方法。通過對電極

4、后處理溫度的研究，證明了在N2保護的條件下，恒溫加熱30min，且加熱溫度為180℃時，電極具有更好的電化學(xué)性能、單電池性能、電化學(xué)壽命以及耐腐蝕性；而且通過TEM可以看出，在這個條件下的電極，Pt顆粒的分布更均勻。 此外，本文還將廢舊碳紙回收，經(jīng)高溫灼燒，得到石墨纖維紙的產(chǎn)率約為84％。采用高能球磨、濕磨的方法，制備GNF。通過TEM測試可以看出，制備的GNF具有高的石墨化程度，顆粒已經(jīng)達到納米級。通過交流阻抗分析可以看出，G