论文部分内容阅读
直接甲醇燃料电池(DMFC)以其燃料储存方便、运行温度低和结构简单的优势,被认为是在目前电子产品、汽车动力系统以及小型发电装置中最有前景的一类燃料电池。但是目前DMFC商业化受其较差的性能和耐久性所制约。本文通过对DMFC耐久性中性能可再生和不可再生的衰减因素进行分析,对多孔电极制备工艺的改善、阳极甲醇添加剂的选择、耐久性运行工况条件的优化以及性能再生手段进行了研究,以期实现DMFC电池性能和耐久性的提升。通过对电池对运行耐久性考察可知,在长时间耐久性测试后,催化剂会会发生流失和团聚,而膜电极会发生结构破坏,这些是不可再生的性能衰减;而阴极水淹现象、阴极催化剂表面氧化和阳极催化剂中毒是可再生的性能衰减。温度变化、氧气甲醇供给及停机策略都会对电池耐久性产生影响,而通过铂基催化剂氮气保护、甲醇渗透流速抑制、温度波动控制以及阴极传质通道气流疏通等运行模式优化,可以实现电池耐久性的提升。多孔电极制备工艺的优化和阳极甲醇添加剂的引入被用来改善直接甲醇燃料电池耐久性。富水层的引入抑制了甲醇渗透过程；立体膜电极结构减少了阴阳极电催化“死区”；亲水性阳极结构改善了阳极物料传质过程。表面活性剂加速了阳极气泡产物的脱困；而双氧水甲醇添加剂抑制了电催化中间产物COads吸附毒化作用。通过多种优化手段的引入,最终实现电池输出性能262mW/cm2、耐久性制约因素及性能再生手段作用机理也在本文进行了讨论。孔隙结构产物累积堵塞对物料传质的阻碍作用、催化剂团聚流失和暂时性失活对电催化的影响以及膜电极结构破坏造成的电池内阻升高和甲醇渗透加剧是照成电池耐久性下降制约因素；而通过铂基催化剂表面氧化还原再生、膜结构质子流失通酸补充再生以及阴极传质通道堵塞气流疏通再生等手段,使得电池耐久性得以再生恢复。最终,依靠运行模式优化和性能再生手段,实现在输出功率80mW/cm2。性能衰减率τ=8%运行条件下,单次运行时间达到119小时,运行总时间提升至2400小时的优异耐久性。