陽極催化劑Pt-Co-W-C的制備、結(jié)構(gòu)與電性能.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)是一種以液體甲醇為燃料的新型質(zhì)子交換膜燃料電池，具有比能量高、可低溫啟動、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，很有希望作為電動汽車、電動摩托車、電動輪椅車以及手提電腦等的動力電源，具有廣闊的應(yīng)用前景。催化劑是DMFC最重要的組成部分之一。目前，DMFC所用的陽極催化劑Pt-Ru/C，造價(jià)較高、而且抗CO毒化的能力不強(qiáng)，極大地限制了DMFC的商業(yè)化進(jìn)程。為了降低DMFC催化劑的成本，提高催化劑的電催化活性，本文以氯鉑酸、氯化鈷和鎢

2、酸鈉為原料，以甲醛為還原劑，采用液相還原沉積法，成功地制備了Pt-Co-W/C三元體系催化劑。通過X射線衍射、掃描電境、循環(huán)伏安和電池性能測試評價(jià)等方法對催化劑的晶體結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行了分析和研究。另外，對單電池膜電極的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了研究，考察了單電池工作條件對電池電性能的影響。 循環(huán)伏安三電極測試體系研究結(jié)果表明：Pt-Co-W/C催化劑中Pt、Co和W三種金屬元素的原子摩爾比為3：2：1時(shí)，以甲醛作還原劑、VuclanX

3、C-72為碳載體、金屬總含量為30wt％、在70℃條件下所制備的Pt-Co-W/C催化劑，在工作溫度為25℃、電解液為0.1MH2SO4+0.5MCH3OH時(shí)的電催化活性最好，其甲醇氧化峰的電位為0.65v，氧化電流密度為35mA/cm2。而且，Pt-Co-W/C催化劑的催化活性與Pt-Ru/C的相當(dāng)。另外，以該P(yáng)t-Co-W/C為催化劑在經(jīng)過30個(gè)循環(huán)后，電流密度變化很小，有很好的電化學(xué)穩(wěn)定性。 本論文研究了膜電極的制備工藝條

4、件以及單電池的操作條件對DMFC單電池電性能的影響，研究結(jié)果表明：采用噴涂法制備擴(kuò)散層時(shí)PTFE的最佳含量為4wt％、碳黑的最佳擔(dān)載量為0.8mg/cm2時(shí)；陽極催化層中催化劑的擔(dān)載量最佳用量為0.6mg/cm2、Nafion的最佳含量為20wt％、PTFE的最佳含量為20wt％；常溫下，Nafion115應(yīng)用到DMFC單電池中，比Nafion117顯現(xiàn)出更好的電性能。陽極甲醇的濃度為2.0mol/L、流量為6.0ml/min，陰極氧化

5、劑采用純氧，氧氣壓力為0.2Mpa時(shí)，DMFC單電池的電性能最優(yōu)。成型溫度在235℃、成型壓力為8Mpa時(shí)，裝配的DMFC單電池的電性能最好。 本論文還研究了DMFC單電池的抗CO毒化的能力以及電性能穩(wěn)定性測試實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明：自制催化劑比Pt-Ru/C有更好的抗CO毒化能力。恒電流放電電流密度為25mA/cm-2時(shí)，單電池在運(yùn)行6h后，電壓表讀數(shù)僅下降了15mv，表明自制Pt-Co-W/C催化劑有較好的電催化穩(wěn)定性。