物理化学学报 >> 2021, Vol. 37 >> Issue (9): 2009087.doi: 10.3866/PKU.WHXB202009087
所属专题: 燃料电池
收稿日期:
2020-09-27
录用日期:
2020-10-27
发布日期:
2020-11-04
通讯作者:
杨泽惠
E-mail:yeungzehui@gmail.com
作者简介:
杨泽惠,1987年生。2015年于日本九州大学应化系获博士学位。现任中国地质大学(武汉)副研究员。主要研究方向为燃料电池和电解水器件
基金资助:
Fang Luo, Shuyuan Pan, Zehui Yang()
Received:
2020-09-27
Accepted:
2020-10-27
Published:
2020-11-04
Contact:
Zehui Yang
E-mail:yeungzehui@gmail.com
About author:
Zehui Yang, Email: yeungzehui@gmail.com. Tel.: +86-18672374372Supported by:
摘要:
中高温质子交换膜燃料电池作为一种新型能量转换装置,具有环境友好、能量转换效率高、氢气纯度要求低等特点。催化剂作为电化学反应的核心,其性能极大影响着燃料电池的整体工作效率,目前针对中高温燃料电池催化剂的研究主要集中在电化学反应动力学较慢的阴极氧还原催化剂。磷酸掺杂的聚苯并咪唑(PA-PBI)为常用的高温质子交换膜,由于磷酸与PBI的结合力差,在长时间运行过程中磷酸容易渗透到催化剂层,造成磷酸在铂基催化剂表面的强吸附导致催化剂中毒的问题,并且氧分子在磷酸中溶解度低。基于以上问题,本文综述了铂基催化剂、非铂催化剂和非金属催化剂在中高温质子交换膜燃料电池中的应用现状,重点阐述了表面修饰、合金化、载体效应等策略对催化剂在磷酸电解液中的氧还原反应动力学的影响。最后针对目前中高温质子交换燃料电池催化剂发展方向进行了探讨和展望。
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图4
(a) 磷酸对不同晶面铂催化剂的氧还原动力学电流的影响;(b)油胺小分子修饰Pt/C催化剂对磷酸和氧分子选择性吸附示意图;(c)胺类小分子修饰铂催化剂对磷酸和氧分子选择性吸附示意图;(d)离子包覆催化剂制备流程图和燃料电池性能图;(e) PBI包覆对铂基催化剂耐久性的影响;(f)氰化钾修饰Pt/C催化剂对磷酸和氧分子选择性吸附示意图;(g)巯基功能化的联萘小分子修饰铂电极结构示意图和磷酸电解液中的氧还原活性;(h)荧蒽类小分子修饰铂催化剂在磷酸电解液中的氧还原曲线图;(i) Pt4ZrO2/C和Pt/C催化剂制备的膜电极稳定性对比图;(j)铂催化剂在不同电解液中的计时电流测试图;(k) L-半胱胺酸修饰对磷酸根在铂催化剂上的吸附影响图"
图6
(a) Pt-Ni/C催化剂理论电压降与实验测试结果对比图;(b)不同合金催化剂费米能级处态密度;(c)不同气氛处理PtNi催化剂在磷酸电解液中的氧还原性能;(d)不同合金催化剂在在磷酸电解液中的氧还原性能;(e) PtAu合金组分对在磷酸电解液中氧还原活性影响;(f)磷酸根在PtCu和Pt催化剂表面吸附强度;(g)不同粘接剂对PtNiCu在磷酸电解液中氧还原活性的影响;(h)不同合金催化剂的氧还原活性;(i) Pt/C和PtCo/C催化剂在不同燃料下的电池性能图;(j)磷酸对Pt/C和O -Pt-Fe@NC/C催化剂氧还原活性影响;(k)磷酸对Pt/C和PtNb/NbOx-C催化剂氧还原活性影响"
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