直接乙醇燃料電池(DEFC)由于乙醇的天然存在性、無(wú)毒,是一種可再生能源開(kāi)始引起人們的研究興趣。但與直接甲醇燃料電池和氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池相比,DEFC的功率密度很低,遠(yuǎn)不能達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的水平。雖然直接甲醇燃料電池中的甲醇滲透問(wèn)題受到人們的關(guān)注而且已經(jīng)進(jìn)行了深入研究,但DEFC 中的乙醇滲透問(wèn)題目前鮮有問(wèn)津。在本論文中,系統(tǒng)研究了乙醇透過(guò)Nafion-115 電解質(zhì)膜的滲透率,并與相應(yīng)的甲醇的滲透率進(jìn)行了比較。與此同時(shí),研究比較了它們對(duì)PtRu 為陽(yáng)極催化劑的直接醇類燃料電池性能的影響。進(jìn)一步研究了膜電極集合體(Membrane Electrode Assembly, MEA)制備方法對(duì)DEFC 性能的影響。而且采用半電池和單池評(píng)價(jià)技術(shù)研究了乙醇在碳載PtSn催化劑上的電氧化機(jī)理。此外,對(duì)以乙醇為燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)操作體系進(jìn)行了有效能分析(ExergyAnalysis)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明與相同濃度的甲醇水溶液相比,透過(guò)Nafion膜的乙醇的滲透率低于甲醇的滲透率。由于乙醇滲透率小而且乙醇在Pt/C 催化劑上的電氧化活性低使得乙醇滲透對(duì)直接醇類燃料電池的陰極性能影響小。但是,乙醇對(duì)電解質(zhì)膜的溶脹能力強(qiáng),造成了電池性能衰減和失活,這是DEFC 研究的一個(gè)重要技術(shù)難題。 MEA 制備方法對(duì)乙醇滲透、DEFC 的開(kāi)路電壓和電池性能都有明顯的影響。盡管與傳統(tǒng)電極制備方法相比,薄層轉(zhuǎn)壓技術(shù)的多步驟操作過(guò)程對(duì)陽(yáng)極PtRu 催化劑的表面組成和陰極Pt 催化劑的粒徑分布都有明顯的影響,但由于其制備的MEA 催化層薄而且催化劑與電解質(zhì)膜之間接觸好而使之具有較好的DEFC 性能。 從Pt/C 和PtSn/C 分別為DEFC 陽(yáng)極催化劑的單池恒電流放電產(chǎn)物分布以及電化學(xué)表征結(jié)果可以看出,錫能夠明顯提高鉑對(duì)乙醇的電催化活性,它能使乙醇比在Pt 上更低的電位下氧化生成乙酸,但是,乙醇氧化的產(chǎn)物仍然主要是含C-C 的化合物,C-C 鍵的斷裂仍是其核心問(wèn)題。根據(jù)單池放電產(chǎn)物的分布結(jié)果提出了乙醇在PtSn/C 催化劑上電氧化的可能機(jī)理。

標(biāo)簽：電極乙醇制備