静电纺技术构筑直接甲醇燃料电池催化层的应用研究

摘要

直接甲醇燃料电池(DMFC)由于其能量密度高、低污染以及结构简便易于实现甲醇的存储,有望成为新一代便携式电子设备电源。膜电极集合体(MEA)作为燃料电池的核心部件,直接影响电池的性能。
　　本研究主要通过静电纺技术构筑纳米纤维网络结构Nafion/催化剂/C,将其作为MEA的催化层得到纳米有序的MEA,主要的研究内容如下:
　　(1)通过调节静电纺的参数(如电压、距离和纺丝液的流速)和配制不同配比的静电纺液,来制备具有催化剂良好分布的纳米纤维结构,静电纺条件:静电纺的电压为16-18 kV,针头到接收器的距离为15 cm,纺丝液的流速为0.15 mL h-1,纺丝液的配比为PtRu/C:Nafion:PVA=71/9:14:6条件下可以制备出催化剂良好分布的纳米纤维。
　　(2)将制备的PtRu/C/Nafion纤维作为直接甲醇燃料电池的催化层,制备成膜电极。当膜电极的阳极催化层采用此纤维机构,并且载量降低到1.0 mg cm-2时,直接甲醇燃料电池的最大功率密度还可以达到33.0 mW cm-2,跟传统的膜电极阳极载量为2.0 mg cm-2时的最大功率密度相当。
　　(3)通过调节静电纺的参数(如电压、距离和纺丝液的流速)和配制不同配比的静电纺液,来制备具有碳颗粒良好分布的纳米纤维结构,并在纤维表面通过溶液法沉积上Pt催化剂,静电纺条件:静电纺的电压为16-18 kV,针头到接收器的距离为15 cm,纺丝液的流速为0.15 mL h-1,纺丝液的配比为C:Nafion:PVA=8:7:3,溶液法沉积Pt后纤维表面变得粗糙。
　　(4)静电纺技术制备纳米纤维结构的Pt/C NF,结果表明:通过Na2PtCl6溶液中加入PVP的聚合物配成纺丝液,纺丝液的推进速度是0.05 mL h-1,针头到接收器的距离是15 cm、电压是18-20 kV,可以得到PVP/Na2PtCl6的纤维结构,然后360℃/2 h高温处理,40℃/2 h氮氢混合气还原,可以到纳米纤维结构的Pt/C NF,Pt的颗粒大小大概为6 nm。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 直接甲醇燃料电池(DMFC)的研究进展

1.3 被动式DMFC的概述及存在的问题

1.4 DMFC膜电极集合体(MEA)的研究进展

1.5 静电纺技术的简介

1.6 本论文的研究思路及主要内容

参考文献

第二章 静电纺技术构筑直接甲醇燃料电池阳极催化层的应用研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 静电纺技术构筑直接甲醇燃料电池阴极催化层的应用研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 静电纺技术制备碳纳米纤维为载体的铂催化剂的研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

总结

硕士期间发表的论文及专利

致谢