基于新型密封結(jié)構(gòu)的PEMFC型氫氣傳感器的實驗研究.pdf

1、面對日益突出的環(huán)境污染和化石能源儲量問題，可再生清潔能源氫氣的使用正成為一種趨勢。由于氫氣無色無味且易燃易爆，所以及時檢測氫氣的泄漏以保證使用的安全性是至關主要的。在眾多類型的氫氣傳感器中，電化學氫氣傳感器尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）型氫氣傳感器憑借獨特優(yōu)勢獲得廣泛研究。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的PEMFC型氫氣傳感器由于封裝方式及尺寸精度的問題，可能引起漏氣現(xiàn)象的發(fā)生，使得傳感器的精確度受到影響，穩(wěn)定性得不到保障。本文從傳感器封裝結(jié)構(gòu)著手，

2、設計了一種具有新型密封結(jié)構(gòu)的PEMFC型氫氣傳感器，并對其性能進行了研究。
　　一方面，制備了具有不同碳粉擔量的氣體擴散層，研究了采用不同碳粉擔量的氣體擴散電極對傳感器靈敏度、反應動力特性和電極催化劑活性表面積的影響。
　　研究結(jié)果表明，氣體擴散電極采用0.357mg.cm-2碳粉擔量時氫氣傳感器的靈敏度整體較好，在氫氣濃度1.6％-40%范圍內(nèi)靈敏度為0.0445μA.cm-2.ppm-1，在氫氣濃度40%-99%范圍內(nèi)傳

3、感器響應電流可達34mA.cm-2；且當氣體擴散電極的碳粉擔量為0.357mg.cm-2時，傳感器膜電極電化學性能表現(xiàn)最佳；測試傳感器的響應時間為8-50s。
　　另一方面，采用正交實驗法設計了氫氣傳感器催化層Pt及Nafion含量配方，比較分析不同催化層配方對傳感器靈敏度、反應動力特性和電極催化劑活性表面積的影響以及各個因素影響的主次關系，并得到各濃度段對應的傳感器催化層最佳配方。
　　研究結(jié)果表明，在氫氣濃度1.6%-4

4、0%范圍內(nèi)傳感器最佳靈敏度為0.0502μA.cm-2.ppm-1，最佳配方a4b2c3d3且陰極催化層Nafion含量對傳感器靈敏度的影響最大，陰極催化層Pt含量次之，陽極催化層Nafion含量影響最小，；在氫氣濃度40%-99%范圍內(nèi)傳感器最佳靈敏度為0.0568μA.cm-2.ppm-1且響應電流最高可達52.4mA.cm-2,最佳配方a2b4c3d2；通過分析各配方對應的膜電極電化學阻抗譜和催化劑活性表面積可得出配方 a2b4c