微管式質子交換膜燃料電池膜電極的制備.pdf

1、質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、無污染地轉化為電能的發(fā)電裝置。PEMFC的優(yōu)點是工作溫度低，啟動性能好、無腐蝕性、電池堆設計簡單、系統(tǒng)堅固耐用，被公認為最有希望成為航天、軍事、電動汽車和區(qū)域性電站以及便攜式設備的首選電源。目前質子交換膜燃料電池主要采用平板式結構，存在體積質量功率比較低、成本較高的問題，由于體積較大，很難應用于小型便攜設備。
　　 針對以上問題，本文設計制備了一種以多

2、孔中空碳纖維管為支撐管基體的微管式質子交換膜燃料電池的膜電極，研究了不同方法處理碳纖維管的方法以增大其反應表面積；制備了Pt催化劑和Ru催化劑作為膜電極的陽極催化劑，采用浸漬沉積的方法在陰極擔載了E-TEKVulcanXC-72Pt/C電催化劑，并對其催化劑顆粒的結構、催化性能和擔載量進行了測試研究；在經過質子交換膜的涂覆后制備了微管式質子交換膜燃料電池膜電極，并對其單電池性能進行了測試。
　　 通過以上研究工作，我們得到以下結

3、論：
　　 (1)聚丙烯腈(PAN)中空原絲的預處理采用50％DMSO對PAN原絲進行刻蝕的方法，有效地增加了表面孔洞使其獲得了更大的比表面積。利用酸后處理的方法可以有效地去除經過預氧化與炭化制備的中空碳纖維管(PAN-CF)管壁上存在的無機鹽及碳管碎片等雜質。
　　 (2)研究表明，甲醛方法制備的Pt催化劑在碳纖維管表面和內部分散均勻，Pt的擔載量為0.4mg/cm2，低于一般板式PEMFC的電催化劑的擔載量，催化劑粒

4、子尺徑為4.4nm，有效電化學面積為41.32m2gPt-1，Pt的利用率較高，電催化性能表現良好。
　　 (3)通過采用浸漬的方法將Nafion溶液涂覆在碳纖維管的表面，并且形成了連續(xù)的質子交換膜層，并且由FTIR的測試結果證明與商品Nafion膜的結構一致，在掃描電鏡下觀察厚度約為0.5μm。
　　 (4)通過采用氫氣為燃料以及甲醇為燃料在室溫常壓環(huán)境下對微管式PEMFC的單電池的電化學性能進行了測試，研究表明，采用