文档介绍：河北师范大学
硕士学位论文
直接甲醇燃料电池替代燃料有机多元醇的电化学性能与表征
姓名:李彩宾
申请学位级别:硕士
专业:物理化学
指导教师:武克忠
20100406
摘要
直接甲醇燃料电池(DMFC)由于用甲醇作燃料,在运输、储存和使用等方面具有
很高的安全性,加上甲醇的比能量很高,正日益受到人们的广泛关注。但是由于甲醇燃
料电池存在甲醇渗透(Methanol Crossover)和电催化剂易毒化等问题至今有待于解决,
因此寻找新的替代甲醇的燃料成为人们关注的热点之一。其中,替代燃料对于直链伯醇
分子,特别是 C1-C5 低碳伯醇分子的报道相对较多,而对于增加碳的支链及相应羟基
(-OH)的数目如有机分子多元醇的报道相对较少。由于多元醇的羟基(-OH)数目较
多,分子体积较大,能大大降低反应分子在质子交换膜上的渗透率,提高燃料的利用率
等。因此,研究多元醇的电化学性能,对于燃料电池的替代燃料提供一个重要的应用参
考价值。本文采用电化学方法研究了新戊二醇(NPG)、三羟甲基乙烷(PG)和季戊四
醇(PE)三种多元醇在光滑 Pt 电极上不同的实验条件对其电化学行为的影响,并对三
种多元醇分别在裸铂电极(Pt)、分散铂电极(Pt/Pt)和聚苯胺修饰分散铂电极(Pt/PAni/Pt)
三种电极上电化学行为的比较,利用电化学方法对新戊二醇和三羟甲基乙烷与甲醇在
Nafion 膜上渗透率进行了比较。主要内容如下:
★利用循环伏安法研究了在 H2SO4 溶液中有机分子多元醇-新戊二醇(NPG)、三羟甲
基乙烷(PG)和季戊四醇(PE)在光滑 Pt 电极上的电化学行为,结果表明:扫速越大,
温度越高越有利于三种多元醇的电氧化;在一定浓度范围内,醇溶液浓度越大,H2SO4
溶液的浓度越小越有利于多元醇的电氧化,并且电位范围在-- 之间时三种多元醇
的氧化峰电流远远小于甲醇的氧化峰电流。
★采用循环伏安法,在光滑铂电极上聚合导电高分子聚苯胺并用于Pt颗粒的负载。由
于聚苯胺这种特殊的结构,提高了Pt颗粒的分散度,增加了Pt颗粒在催化剂体系中的利
用率。扫描电镜(SEM)表征的结果显示,Pt/Pt电极上颗粒的平均粒径为240nm左右,
Pt/PAni/Pt电极上Pt颗粒的平均粒径为150nm左右。交流阻抗测试结果表明:Pt/PAni/Pt
电极与Pt/Pt电极相比,电化学反应电阻减小,电催化活性增强。通过比较新戊二醇
(NPG)、三羟甲基乙烷(PG)和季戊四醇(PE)三种有机分子多元醇的循环伏安曲线
可知,三种多元醇在Pt/PAni/Pt电极上的氧化峰电流远远大于其在Pt/Pt电极和光滑Pt电极
上的氧化峰电流。
★利用循环伏安法和计时电流法测试了甲醇、新戊二醇、三羟甲基乙烷在 Nafion 膜中
不同时间的渗透率。结果表明,甲醇的渗透率远大于新戊二醇和三羟甲基乙烷的渗透率。
IV
计时电流结果显示,随着时间的增长三种醇溶液渗透过 Nafion 膜的浓度均逐渐增大。

关键词:燃料电池多元醇循环伏安交流阻抗修饰电极 Nafion 膜

V
Abstract
Direct methanol fuel cells(DMFCs) use methanol as fuel, in the transport, storage, use
and so on has high security, coupled with a high specific energy, so methanol as fuel have
attracted increasingly attention. However, DMFC existence methanol permeability (Methanol
Crossover), electro-catalyst poisoning and other issues, so look for new alternative methanol
fuel into one of a hot attention. Among them, alternative fuels for the straight-chain primary
alcohol molecules, in particular C1-C5 primary alcohols of more reports. B