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低温燃料电池氧电极制备及其性能研究

作　者: 李之乐
导　师: 曾为民
学　校: 华东理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 低温燃料电池聚苯胺钯铂氧还原
分类号: TM911.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

低温燃料电池适合在分置电站,电动汽车和便携式电源等方面进行运用,是清洁高效能源之一。氧电极是低温燃料电池的重要组成部分。影响氧电极性能的主要因素为催化剂。寻找廉价、催化活性高、性能长期稳定的氧电极催化剂一直是研制低温燃料电池的重难点课题。本文利用循环伏安法,在Ni片基体上先扫描不同周数苯胺而聚合导电高分子聚苯胺,然后利用恒电位法在聚苯胺薄膜上沉积Pt、 Pd催化剂,进而制备了Pt/Ni、 Pd/Ni、 Pt-Pd/Ni、Pt-PANi/Ni、Pd-PANi/Ni和Pt-Pd-PANi/Ni电极。采用线性扫描伏安法和交流阻抗法,以及扫描电镜SEM、能谱仪EDS对所制作电极的电催化性能进行测试表征,并对电极在碱性电解液中的催化氧还原机理做了一定的探讨。研究内容及研究结果如卜：(1)聚苯胺沉积周数对催化性能的影响从Pt-PANi/Ni,Pt-Pd-PANi/Ni系列电极对氧还原的催化作用试验中,可以得出,当聚苯胺沉积周数在5周时,电极比沉积其他周数的电极具有更好的催化效果。同时沉积有聚苯胺的Pd-PANi/Ni电极对氧还原催化作用具有明显提升。SEM测试表明：聚苯胺增加了Pt-Pd催化剂的分散度,催化效率得以提高,钯铂晶体颗粒大小为1-5μm。(2)Pd、 Pt-Pd沉积时间对催化性能的影响在相同的聚苯胺沉积周数下,由于Pd催化剂本身对氧还原催化活性较低,导致Pd沉积时间对所制成的Pd/Ni, Pd-PANi/Ni电极的催化性能影响较小；Pt-Pd/Ni、 Pt-Pd-PANi/Ni合金电极,Pt-Pd恒电位法电沉积600秒所制备电极对氧气的催化还原效果比300秒好。EDS测试表明,Pt：Pd沉积质量比大致为2：1。(3) Pt-600s-PANi-5r/Ni、Pd-600s-PANi-5r/Ni和Pt-Pd-600s-PANi-5r/Ni电极在-1.3V电位下,电流密度为26mA/cm2、16mA/cm2、56mA/cm2,差距比较明显。结果显示Pt-Pd二元合金比Pt,Pd一元合金催化效果要好,同时降低了Pt的用量。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-25
  1.1 课题背景及其研究意义  10-12
  1.2 燃料电池的定义及发展状况  12-21
    1.2.1 燃料电池的工作原理  13-15
    1.2.2 燃料电池的特点  15-16
    1.2.3 燃料电池的分类  16-17
    1.2.4 氧电极的组成结构  17-18
    1.2.5 氧还原催化剂国内外发展现状  18-21
  1.3 燃料电池催化剂的制备方法及概述  21-22
  1.4 催化剂载体  22-23
  1.5 本论文的立题思想及研究内容  23-25
    1.5.1 本文主要研究内容  23-24
    1.5.2 本文创新点  24-25
第2章实验部分  25-30
  2.1 实验原料和试剂  25
  2.2 实验所用仪器  25-26
  2.3 实验方法及装置  26-30
    2.3.1 实验装置  26-29
    2.3.2 催化剂的物理表征  29-30
第3章 P/Ni、Pt-PANi/Ni电极制备及对氧气的电催化性能研究  30-43
  3.1 引言  30
  3.2 实验部分  30-32
    3.2.1 在Ni电极上循环伏安法制备导电聚苯胺  30-31
    3.2.2 电极制备  31-32
    3.2.3 电极的电化学测试  32
  3.3 结果与讨论  32-42
    3.3.1 循环伏安沉积不同周数聚苯胺对Pt-PANi/Ni电极催化氧还原反应的性能影响  32-40
    3.3.2 不同Pt,PANi载量制备的Pt-PANi/Ni电极的氧还原电催化研究  40-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章 Pd/Ni、Pd-PANi/Ni电极的制备及电催化性能研究  43-50
  4.1 引言  43
  4.2 实验部分  43
    4.2.1 电极制备  43
    4.2.2 电极的电化学测试  43
  4.3 Pd微粒沉积时间差异对催化氧还原反应的性能影响  43-49
    4.3.1 电极的线性伏安曲线研究  43-45
    4.3.2 电极的交流阻抗研究  45-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章 Pt-Pd/Ni、Pt-Pd-PANi/Ni电极的制备及氧还原催化性能研究  50-62
  5.1 引言  50
  5.2 实验部分  50
    5.2.1 电极制备  50
    5.2.2 电极的电化学测试  50
  5.3 结果与讨论  50-58
    5.3.1 循环伏安沉积不同周数聚苯胺对Pt-Pd-PANi/Ni电极催化性能的影响  50-57
    5.3.2 Pt-Pd微粒沉积时间差异对Pt-Pd-PANi/Ni电极催化氧还原反应的性能影响  57-58
  5.4 电极表面的形貌  58-60
  5.5 Pt-Pd-PANi/Ni电极中Pd的作用  60-61
  5.6 本章小结  61-62
第6章结论与展望  62-64
  6.1 结论  62-63
  6.2 展望  63-64
参考文献  64-69
致谢  69

低温燃料电池氧电极制备及其性能研究

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