微管式質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極的制備.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種直接將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、無(wú)污染地轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。PEMFC的優(yōu)點(diǎn)是工作溫度低，啟動(dòng)性能好、無(wú)腐蝕性、電池堆設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)堅(jiān)固耐用，被公認(rèn)為最有希望成為航天、軍事、電動(dòng)汽車和區(qū)域性電站以及便攜式設(shè)備的首選電源。目前質(zhì)子交換膜燃料電池主要采用平板式結(jié)構(gòu)，存在體積質(zhì)量功率比較低、成本較高的問(wèn)題，由于體積較大，很難應(yīng)用于小型便攜設(shè)備。
　　 針對(duì)以上問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)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(zhì)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(yīng)表面積；制備了Pt催化劑和Ru催化劑作為膜電極的陽(yáng)極催化劑，采用浸漬沉積的方法在陰極擔(dān)載了E-TEKVulcanXC-72Pt/C電催化劑，并對(duì)其催化劑顆粒的結(jié)構(gòu)、催化性能和擔(dān)載量進(jìn)行了測(cè)試研究；在經(jīng)過(guò)質(zhì)子交換膜的涂覆后制備了微管式質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極，并對(duì)其單電池性能進(jìn)行了測(cè)試。
　　 通過(guò)以上研究工作，我們得到以下結(jié)

3、論：
　　 (1)聚丙烯腈(PAN)中空原絲的預(yù)處理采用50％DMSO對(duì)PAN原絲進(jìn)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(jīng)過(guò)預(yù)氧化與炭化制備的中空碳纖維管(PAN-CF)管壁上存在的無(wú)機(jī)鹽及碳管碎片等雜質(zhì)。
　　 (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(nèi)部分散均勻，Pt的擔(dān)載量為0.4mg/cm2，低于一般板式PEMFC的電催化劑的擔(dān)載量，催化劑粒

4、子尺徑為4.4nm，有效電化學(xué)面積為41.32m2gPt-1，Pt的利用率較高，電催化性能表現(xiàn)良好。
　　 (3)通過(guò)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(zhì)子交換膜層，并且由FTIR的測(cè)試結(jié)果證明與商品Nafion膜的結(jié)構(gòu)一致，在掃描電鏡下觀察厚度約為0.5μm。
　　 (4)通過(guò)采用氫氣為燃料以及甲醇為燃料在室溫常壓環(huán)境下對(duì)微管式PEMFC的單電池的電化學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試，研究表明，采用