文档介绍：华南理工大学
博士学位论文
便携式直接甲醇燃料电池阳极电催化剂研究
姓名:陈胜洲
申请学位级别:博士
专业:工业催化
指导教师:林维明
20040501
摘要
直接甲醇燃料电池具有甲醇来源丰富、价格便宜,其水溶液易于贮存和携带,
电池的能量密度高等优点,特别适宜于作为各种用途的可移动动力源,是现今燃
料电池研究中的热点领域之一。年代以来,采用质子交换膜固体电解质和高分
散的电催化剂,电池性能得到明显的提高,但应用于便携式电源,仍然需要提高
阳极电催化剂的活性和电池的低温性能。鉴于此,本论文的研究工作重点是开发
具有较好低温催化性能的负载多元阳极电催化剂,以自制的催化剂和膜电极组装
单电池,探讨电池在室温、常压下的性能及影响电池性能的因素。在参考国内外
相关文献的基础上,借助电化学研究方法、催化剂的表征手段研究了催化剂上各
组分的价态和相互作用,并探讨了催化剂催化甲醇电化学氧化的机理。
在水溶液中,采用混合溶液浸渍、还原的方法制备了
电催化剂半电池中,在“催化剂薄膜电极上采用
法、连续电位阶跃法研究了硫酸溶液中三种催化剂的性能优化了
催化剂的组成,并考察了甲醇浓度、温度对催化剂性能的影响。研究结果表明,
二可以促进对甲醇的电催化氧化作用,三种催化剂的活性顺序
为催化剂的室温性能好于相
同含量的商品电催化剂。
在催化剂上,测定了甲醇氧化的表观活化能、斜率值。表
观活化能小于甲醇第一步吸附分解所需的活化能,但高于,迁移所需的活化
能斜率值在室温时为,表明甲醇的氧化反应速率控制步骤为电
子反应。首次采用交流阻抗谱研究方法探讨了在催化剂上甲醇的电
化学氧化机理,发现当电位,甲醇浓度时,随电位的增加,中间
吸附物的吸附率减少,导致电子传递速度增加在电位区间、甲醇浓度
范围,不存在甲醇的浓差极化现象。室温时,甲醇在
催化剂上的电化学氧化速率控制步骤决定于甲醇吸附分解和吸附中间物的
氧化脱除步骤的相对速率大小,在研究的电位范围,对总速率反应
都有影响。
采用测量饱和吸附的脱附电量,测定了
电催化剂的电化学活性比表面积,计算得出的三种电催化剂的电化学活性比表面
积均为溶出电量结果显示,和组分均对的吸附无贡
献,只吸附在催化剂中组分上。催化剂的
和电化学分析结果显示三种催化剂均为面心立方晶系,
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在衍射图谱中未发现金属。及其氧化物的晶相存在,催化剂中存在部分
合金催化剂中均存在多种价态型式,末发现价态
存在,与没有生成固熔体。
以自制的阴极和阳极催化剂制备了膜电极并测试了电池的性能,实验结果显
示以氧气为氧化剂,在常压、室温工作,输出电流时,稳定的输出电
压输出电流时,稳定的输出电压最高功率
密度为。以空气为氧化剂时,在常压、室温工作,稳定的输出功率为
,工作电流。适宜的操作条件为的含量为,阳
极催化剂的含量为甲醇浓度为,甲醇流量为
适宜的氧气流量范围,适宜的空气流量范围为。室温、
常压下电池的研究工作在国内还未见报道,以自制的阴极和阳极催化剂制备了膜
电极,在℃时,单电池的性能指标己达到国内报道的以进口催化剂组装的单电
池性能。
关键词直接甲醇燃料电池便携式膜电极甲醇电催化剂电化学氧化
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第一章绪论
第一章绪论
引言
燃料电池发电是继水力、火力和核能发电之后的第四类发电技术。它是一种
不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的发电装置。燃料
电池与其它能源相比具有能量转换效率高、环境友好、能量密度高、使用寿命长、
操作方便可靠,灵活性大等特点〔,被称之为“世纪的清洁能源”。
燃料电池