質子交換膜燃料電池具有能量轉換效率高、環(huán)境友好、不依賴礦物燃料等重要優(yōu)點,在交通運輸、應急/備用電源、航空/航天以及水下潛艇等軍用和民用領域均有廣闊的應用前景。然而,其大規(guī)模商業(yè)化應用仍然面臨著成本過高和耐久性不足的嚴峻挑戰(zhàn)。大量的研究工作已表明:由于碳載鉑納米粒子催化劑中載體的腐蝕、Pt納米粒子的團聚/遷移/溶解所引起的催化劑性能的衰減是燃料電池耐久性不足的最為重要的原因之一。盡管國內外已開展了大量的研究工作,但是問題仍然沒有能夠得到很好的解決。本文嘗試采用氧化物薄層對Pt/C催化劑進行包覆處理的方法提升燃料電池催化劑的穩(wěn)定性,進而提升燃料電池的耐久性。通過催化劑表面薄層多組分氧化物的覆蓋,實現(xiàn)了催化劑及膜電極耐久性的大幅度提升。具體研究工作如下:首先,以有機硅酸酯為原料,采用控制水解、高溫熱處理工藝,實現(xiàn)了在Pt/C催化劑粒子表面的氧化硅薄層包覆,TEM研究揭示:氧化硅薄層不僅僅覆蓋在了碳載體的表面,還很好地覆蓋在了Pt納米粒子的表面,厚度約為2-3nm。將經(jīng)過覆蓋處理的催化劑制作成為膜電極,研究了覆蓋處理對于催化劑及膜電極活性及耐久性的影響,結果表明:采用氧化硅薄層覆蓋后,催化劑...

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 燃料電池概況
    1.2 質子交換膜燃料電池結構及工作原理
        1.2.1 PEMFC結構
        1.2.2 工作原理
        1.2.3 質子交換膜燃料電池的反應動力學
        1.2.4 質子交換膜燃料電池的反應熱力學
    1.3 PEMFC的技術挑戰(zhàn)和主要研究方向
        1.3.1 技術挑戰(zhàn)
        1.3.2 主要研究方向
    1.4 質子交換膜燃料電池膜電極耐久性的研究進展
        1.4.1 質子交換膜
        1.4.2 鉑基催化劑
        1.4.3 催化劑載體
    1.5 本論文的選題依據(jù)及研究內容
        1.5.1 選題依據(jù)
        1.5.2 研究內容
第二章 實驗設計和表征
    2.1 實驗主要儀器設備及化學材料
        2.1.1 主要儀器設備
        2.1.2 主要材料及化學試劑
    2.2 實驗方法
        2.2.1 膜電極制備
        2.2.2 加速老化方法
    2.3 催化劑形貌表征、物相分析以及性能評價
        2.3.1 X-射線衍射(XRD)
        2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.3 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.4 X射線光電子能譜(XPS)
        2.3.5 接觸角測試
        2.3.6 元素分析(EDS)
        2.3.7 熱重分析
        2.3.8 原位循環(huán)伏安測試(CV)
        2.3.9 原位電化學交流阻抗譜(EIS)測試
        2.3.10 單電池測試
第三章 氧化硅包覆商業(yè)鉑碳提升催化劑的活性和穩(wěn)定性
    3.1 前言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 催化劑制備
        3.2.2 膜電極制備
        3.2.3 催化劑穩(wěn)定性及物相表征測試
    3.3 結果與討論
        3.3.1 氧化硅包覆量對于性能與穩(wěn)定性的影響
        3.3.2 焙燒溫度對性能與穩(wěn)定性的影響
        3.3.3 3萬圈加速老化測試結果分析
        3.3.4 氧化硅包覆對載體穩(wěn)定性的影響
        3.3.5 催化劑物相表征探究穩(wěn)定性提升原因
    3.4 本章小結
第四章 氟-氧化硅包覆商業(yè)Pt/C提升催化劑穩(wěn)定性及催化層水管理能力
    4.1 前言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 催化劑制備
        4.2.2 膜電極制備
        4.2.3 催化劑穩(wěn)定性及物相表征測試
    4.3 結果與討論
        4.3.1 TG與XRD結果分析
        4.3.2 透射電鏡結果分析
        4.3.3 催化劑穩(wěn)定性結果分析
        4.3.4 氟的修飾對催化層水管理的影響分析
    4.4 本章小結
結論與展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的研究成果
致謝
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本文編號：3864366