燃料电池Pt-C催化剂量产技术取得重大突破

1.交联聚合物中引入质子交换基团
聚合物基质的改性 商用聚合物膜的改性
聚合物基质的改性
在聚合过程中加入多官能度单体合成交联 聚合物, 然后通过磺化或共混酸性化合物引 入质子交换基团, 最后用溶液浇铸法等常用 的制膜方法制备成膜。这种质子交换膜具 备水凝胶的强吸水性, 在干膜或较低的相对 湿度下仍能保持较高的电导率。交联起到 限制水凝胶过度溶胀的作用, 使其在70 ℃ 以下具有良好的力学强度。
电池方面
质子交换膜 膜电极 催化剂层
气体扩散电极
双极板
扩散层
扩散层一方面提供反应气体、电子流和 排出生成水的通道，另一方面支持催化剂 层网络。一般应用炭纸或炭布制造，厚度 为0.18mm～0.35mm。炭纸、炭布的主要 原料是炭纤维，可分为聚丙烯腈基、沥青 基及粘胶基炭纤维三类。根据制造工艺不 同有普通型、高模量型和高强度型等系列 产品。
质子交换膜
质子交换膜是PEMFC的核心，其性能将直 接影响PEMFC的电池性能，能量效率和使 用寿命。PEMFC中应用最为广泛的质子交 换膜为美国Du Pont公司生产的Nafion全氟 磺酸质子交换膜。
1. Nafion膜的基本骨架是聚 四氟乙烯，一定长度的 主干链上接枝氟化的醚 支链，支链的末端为磺 酸基团。
离子交换膜燃料电池技术 进展
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前言
众所周知，第一代动力系统蒸汽机和 第二代动力系统内燃机消耗了大量不可再 生的化石能源资源，且造成了严重的环境 污染。人类社会的可持续发展问题正面临 严峻挑战。根据国际能源机构预测，随着 经济的发展、社会的进步和人口的增长， 全世界的能源消耗在今后20年至少增加一 倍。如果没有新型的能源动力，世界将从 目前的能源短缺很快走向能源枯竭。为解 决经济发展与能源短缺及环境污染之间日 益加剧的矛盾，发展清洁、高效、可持续 发展的新能源动力技术已成了十分紧迫的 任务。

燃料电池的研究进展综述⼀. 燃料电池简介1.定义燃料电池(Fuel Cells)是⼀种不需要经过卡诺循环的电化学发电装置，能量转化率⾼。

燃料和空⽓分别送进燃料电池，电就被奇妙地⽣产出来。

它从外表上看有正负极和电解质等，像⼀个蓄电池，但实质上它不能“储电”⽽是⼀个“发电⼚”。

由于在能量转换过程中，⼏乎不产⽣污染环境的含氮和硫氧化物，燃料电池还被认为是⼀种环境友好的能量转换装置。

由于具有这些优异性，燃料电池技术被认为是21世纪新型环保⾼效的发电技术之⼀。

随着研究不断地突破，燃料电池已经在发电站、微型电源等⽅⾯开始应⽤。

2.基本结构燃料电池的基本结构主要是由四部分组成，分别为阳极、阴极、电解质和外部电路。

通常阳极为氢电极，阴极为氧电极。

阳极和阴极上都需要含有⼀定量的电催化剂，⽤来加速电极上发⽣的电化学反应，两电极之间是电解质。

图1.燃料电池基本结构⽰意图3.分类⽬前燃料电池的种类很多，其分类⽅法也有很多种。

按不同⽅法⼤致分类如下：(1)按运⾏机理来分类：可分为酸性燃料电池和碱性燃料电池；(2)按电解质的种类来分类：有酸性、碱性、熔融盐类或固体电解质；图2.燃料电池分类详细介绍(3)按燃料的类型来分类：有直接式燃料电池和间接式燃料电池；(4)按燃料电池⼯作温度分：有低温型(低于200℃)；中温型(200-750℃)；⾼温型(⾼于750℃)。

4.原理燃料电池的⼯作原理相对简单，主要包括燃料氧化和氧⽓还原两个电极反应及离⼦传输过程。

早期的燃料电池结构相对简单，只需要传输离⼦的电解质和两个固态电极。

当以氢⽓为燃料，氧⽓为氧化剂时，燃料电池的阴阳极反应和总反应分别为：阳极：H2 → 2Ｈ＋＋2ｅ-阴极：1/2 O2＋2Ｈ＋＋2ｅ-→Ｈ2O总反应：H2＋1/2Ｏ2 →H2O其中，Ｈ2通过扩散达到阳极，在催化剂作⽤下被氧化成和ｅ-，此后，Ｈ通过电解液到达阴极，⽽电⼦则通过外电路带动负載做功后也到达阴极，从⽽与O2发⽣还原反应（ORR）。

径 为 ３ ３～ ． ｌ ． ４ ３ｌ ｍ。将获得 的催化剂通 过涂 膜 一热压 法制备成 Ｄ Ｃ膜 电极 ， ＭＦ 研究 了 Ｐ 载量对 甲醇电催化氧 ｔ
化 性 能 的影 响 。结 果 表 明 ， 量 分 数 为 ４ ％ 的 Ｐ／ 质 ０ ｔＣ催 化 剂 对 甲 醇 的 电催 化 氧 化 显 示 出优 异 的 电 催 化 性 能 。
子的粒径大小对 甲醇的电催化氧化有着明显 的影响。因此制备具有高度均一性和良好分散度的炭载 Ｐ ｔ 及 Ｐ 基 金属 催化 剂对 于研究 甲醇 的 电催 化氧 化 具有 重 要 意 义 。通 过有 机溶 胶 法 可 以制 备 具有 高度 均 ｔ 性 和 良好分 散度 的炭 载 Ｐ 及 Ｐ 基 金属 粒子 ［ 。１９ ｔ ｔ ９ １年 ， ｏ ｎ ｍ ｎ Ｉ 首 次报 道 了 以四氢 呋 喃作 Ｂ ｎ ｅ ａ ｎ等 ３ ］
少 在实 际 中应 用 。 ０ １ ， ２ ０ 年 辛勤 等 ］ 上述 方 法进行 了改进 ， 用 调变 多 元醇 体 系提 高反 应 温 度 ， 而 对 利 从 制备 了具有高 度分 散 的纳米级 负 载型 Ｐ 基催化 剂 。已有 研 究发 现 ［ 如 果 能够 降低 扩散 层 的 厚度 ， ｔ Ｉ ， 减 小 甲醇 的传质 阻力 ， 能够 明显提 高催 化剂 的 电催 化 活性 。最 近 ，ｕ～ ｏ ａｋ等 Ｉ 究也 发 现 ， 就 Ｇ Ｇ ｎＰｒ ＿ 研 在载 体表 面金 属粒 子 问的距 离对 甲醇 的 电催 化 氧化性 能 的影 响 比粒 子 大小 的影 响更 为 重要 ， 明在 活性 炭 表
表 面 Ｐ 的载量对 甲醇 的 电催 化性 能具 有 明显 的影 响 。本 文 进 一 步 改 进 了有 机 溶 胶 法 ， 甲 醇作 为溶 ｔ 用

燃料电池电催化剂研究综述摘要催化剂是燃料电池的关键材料之一，其性能的好坏决定燃料电池的使用性能和使用寿命。

近些年来，科学工作者在提高电催化剂性能和降低铂催化剂使用量方面做了大量的研究工作。

本文对低铂催化剂和非铂催化剂的研究进展进行了综述。

关键词：燃料电池；低铂催化剂；非铂催化剂；钯催化剂19世纪是蒸汽机时代，20世纪是内燃机时代，21世纪将是燃料电池的时代。

近年来，随着能源危机的加剧，燃料电池作为一种绿色的新能源受到越来越多的关注，美国《时代周刊》曾将燃料电池技术列为21世纪的高科技之首。

我国科技中长期计划中，多处把燃料电池放在重要的发展方向上。

燃料电池技术被认为是解决现在能源问题的很有希望的途径之一。

1 燃料电池的特点燃料电池之所以受世人瞩目，是因为它的不可比拟的优越性，主要表现在效率、安全性、可靠性、清洁度和良好的操作性能等几个方面[1]。

（1）能量转换效率高。

它的能量转换效率不受卡诺循环的限制，不存在机械能做功造成的损失。

与热机或发电机相比，能量转换效率极高，汽轮机转换的效率最大值为40-50%，热机带动发电机时效率为35-40%，而燃料电池的效率达60-70%，理论转换效率达90%，实际使用效率是内燃机的二至三倍。

（2）发电环境友好。

对于氢电池而言，发电后的产物只有水，可实现真正的零排放。

在航天系统中可生成水，供宇航员使用，液氧系统可作为供应生命保障的备用品。

燃料电池按电化学原理发电，不经过热机的过程，不会产生传统方式中常见的二氧化硫、氮氧化合物、粉尘等污染物。

如果采用太阳能光解制氢，可完全避开温室气体的产生。

燃料电池工作安静，适用于潜艇等军事系统的应用。

（3）模块结构，方便耐用。

燃料电池发电系统由各单电池堆叠至所需规模的电池组构成，电池组的数量决定了发电系统的规模，各个模块可以更换、维修方便、可靠性高。

（4）响应性好，供电可靠。

燃料电池发电系统对负载变动的响应速度快，故无论出于额定功率以上过载运行或低于额定功率运行，它都能承受且效率变化不大。