直接甲醇燃料電池中甲醇滲透的電化學(xué)研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)具有能量密度高、安全、無污染等優(yōu)點(diǎn)，是近年來新開發(fā)的一類燃料電池。甲醇來源豐富，價(jià)格便宜，易于存儲(chǔ)，是便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的理想動(dòng)力源。然而，甲醇滲透造成電池性能衰退，是阻礙DMFC商業(yè)化的主要問題之一。因此，開展甲醇滲透的研究工作，建立適宜的表征方法，對(duì)闡明甲醇滲透和阻醇機(jī)理，推進(jìn)DMFC的商業(yè)化進(jìn)程有著重大的理論指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 本論文工作的主要思路是通過考察不同條件下甲醇的電氧化行為

2、，獲得甲醇電氧化的動(dòng)力學(xué)參數(shù)及影響因素，并利用甲醇電氧化來研究甲醇滲透行為和操作條件對(duì)甲醇滲透的影響。因此，采用循環(huán)伏安和計(jì)時(shí)電流測(cè)試技術(shù)考察了甲醇濃度、掃描速度、溫度等對(duì)甲醇電氧化的影響及甲醇電氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)行為，然后通過建立H-Cell來模擬燃料電池，獲得不同時(shí)間后陰極側(cè)的甲醇電氧化行為，考察了靜態(tài)和攪拌情況下甲醇從陽極通過質(zhì)子交換膜滲透到陰極的過程及不同溫度時(shí)模擬DMFC運(yùn)行的開路電位變化情況，并在測(cè)試結(jié)束后對(duì)相應(yīng)的Nafion

3、(R)膜進(jìn)行了XRD和FTIR表征。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，室溫條件下測(cè)得Nafion(R)117膜中甲醇的滲透速率約為4.4×10-6cm2/s，甲醇濃度和溫度等對(duì)甲醇電氧化峰電流及峰電位的影響較為明顯。甲醇電氧化峰電流隨濃度或溫度的增加而增加，峰電位隨濃度或溫度的增加而發(fā)生正移。室溫下，當(dāng)甲醇濃度從0.1mol/L增加到1.0mol/L時(shí)，甲醇在Pt/C/GC電極上的氧化峰電流密度從22.0mA/cm2增加到54.5mA/cm2，同

4、時(shí)峰電位從0.61V正移至0.77V(vs.SCE)。80℃、甲醇起始濃度為1.0mol/L時(shí)，峰電位進(jìn)一步正移，且只在掃描第一圈時(shí)得到完整的氧化峰，掃描至第四圈時(shí)，氧化峰消失并出現(xiàn)電流振蕩現(xiàn)象。甲醇在PtRu/C/GC電極上的電氧化速率相對(duì)于甲醇濃度約為0.4級(jí)，傳遞系數(shù)為0.36～0.39；甲醇起始濃度為1.0mol/L時(shí)模擬DMFC開路運(yùn)行10h后在陰極側(cè)檢測(cè)出甲醇，其氧化峰電流密度約為運(yùn)行前的14％，小于相同滲透時(shí)間時(shí)靜態(tài)條件下