常溫下以甲烷作為質(zhì)子交換膜燃料電池直接燃料的應(yīng)用研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有功率密度高、能量轉(zhuǎn)化效率高、低溫啟動(dòng)和環(huán)境友好等特點(diǎn)，因此，是電動(dòng)汽車(chē)的理想動(dòng)力電源之一。PEMFC的燃料主要是高純度氫氣，但是高純度氫氣的制備、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)某杀竞芨?，成為制約PEMFC實(shí)用化的主要障礙之一。如何利用燃料電池使用廉價(jià)的碳?xì)淙剂线M(jìn)行發(fā)電成為燃料電池技術(shù)研究的熱點(diǎn)。甲烷含氫量高，具有和氫氣相當(dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)氧化電位，來(lái)源廣泛并且屬于可再生資源。因此開(kāi)展使用甲烷作為燃料的PEMFC技術(shù)對(duì)于推動(dòng)PE

2、MFC實(shí)用化具有重要意義。
　　 本文首先以甲烷和氫氣的混合燃料代替氫氣作為陽(yáng)極燃料以提高氫氣利用率，然后，利用旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極技術(shù)研究了以Pt(5、wt.％)/C、Pt(46 wt.％)/C和Pt(40 wt.％)-Ru(20wt.％)/C作為陽(yáng)極催化劑時(shí)，甲烷分別在6 mol L-1 NaOH溶液和0.5 mol L-1H2SO4溶液中的電化學(xué)氧化反應(yīng)活性，最后考察了甲烷作為PEMFC直接燃料時(shí)，影響電池開(kāi)路電壓和功率密度的關(guān)鍵

3、因素。
　　 研究表明，以甲烷和氫氣的混合氣體代替氫氣作為燃料時(shí)，隨著甲烷流量的增加，燃料電池的性能逐漸降低。對(duì)比相同的陽(yáng)極催化劑下，甲烷在6 mol L-1 NaOH溶液和0.5 mol L-1 H2SO4溶液中的電催化氧化行為時(shí)，甲烷在6 mol L-1NaOH溶液中表現(xiàn)出更高的電化學(xué)氧化活性；在相同的電解質(zhì)中，隨著陽(yáng)極催化劑中Pt含量的增加，催化劑對(duì)甲烷電化學(xué)氧化反應(yīng)的催化活性不斷提高，而陽(yáng)極催化劑中Ru組分的引入可以進(jìn)一

4、步提高催化劑對(duì)甲烷電化學(xué)氧化反應(yīng)的催化活性。
　　 催化劑、工作溫度、加濕溫度和氧化劑是影響燃料電池發(fā)電性能的重要因素。隨著陽(yáng)極催化劑中Pt含量的增加和Ru組分的引入，以甲烷為直接燃料的PEMFC(簡(jiǎn)稱(chēng)為直接甲烷燃料電池DM-PEMFC)的最大輸出功率密度逐漸增加；隨著氣體加濕溫度和電池工作溫度的升高，DM-PEMFC的開(kāi)路電位和最大輸出功率密度逐漸增加；以H2O2取代O2作為氧化劑時(shí)，DM-PEMFC的功率密度得到了大大提高。