膜電極組基本結(jié)構(gòu)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——膜電極組基本結(jié)構(gòu)關(guān)關(guān)鍵鍵元元件件vv質(zhì)子交換膜質(zhì)子交換膜vv觸媒觸媒vv電極電極vv雙極板雙極板1質(zhì)子交換膜型質(zhì)子交換膜型PEMFCPEMFC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)vv主要構(gòu)造約分為主要構(gòu)造約分為11高分子質(zhì)子交換膜高分子質(zhì)子交換膜塗佈觸媒及其他物塗佈觸媒及其他物質(zhì)質(zhì)22氣體導(dǎo)流板氣體導(dǎo)流板33集電片集電片44夾板夾板2單一單一CELLCELL電池組電池組金屬板集電極電極流場電極氣體散播層離子導(dǎo)體薄膜金屬板集電極電極氣體散播層離子導(dǎo)體薄膜電極流場3離子交換膜離子交換膜PerfluorocarbonPerfluorocarbon結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖4離子交換膜離子交換膜PerfluorocarbonPerfluorocarbon結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖5vv氫氧作燃料的燃料電池氫氧作燃料的燃料電池結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖示意圖6觸媒觸媒陽極觸媒陰極觸媒7電催化反應(yīng)電催化反應(yīng)vv催化觸媒低溫燃料電池催化觸媒低溫燃料電池電催化是電化學(xué)和觸媒的組合我們可利用觸媒電催化是電化學(xué)和觸媒的組合我們可利用觸媒電極使得電化學(xué)反應(yīng)能在接近理論電壓和高電電極使得電化學(xué)反應(yīng)能在接近理論電壓和高電流密度下進行而燃料電池是利用電催化觸媒把流密度下進行而燃料電池是利用電催化觸媒把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置8流道板流道板電流收集極電流收集極襯墊襯墊襯墊襯墊觸媒層和陽離子觸媒層和陽離子交換膜組合交換膜組合膜電極組膜電極組根本根本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)9電池性能圖10電池性能圖說明1n對於一般質(zhì)子交換膜燃料電池PEMRFC用電極由於膜與電極不是緊密地聯(lián)結(jié)在一起用於PEMRFC電解時會使膜與電極分離使電解性能差並且由於作爲(wèi)擴散層的碳紙中PTFE的含量太高防水性強使電解性能很差可逆式再生氫氧燃料電池要求電極具有雙效性即既能催化發(fā)生燃料電池反應(yīng)又能催化發(fā)生電解反應(yīng)針對這種特徵我們設(shè)計一種雙層催化層電極即首先在質(zhì)子膜的兩側(cè)化學(xué)鍍ptIr作爲(wèi)水電解反應(yīng)的催化層然後製作類似於PEMFC用電極其催化層主要催化燃料電池反應(yīng)PEMRFC採用雙層催化層後燃料電池性能如圖3所示其中氫氧氣操作壓力爲(wèi)03Mpa採用Nafion115膜氫氧氣的尾氣排放量爲(wèi)化學(xué)計量值11電池性能圖說明2nn從圖中可以看出隨著操作溫度的升高電池性能提高從圖中可以看出隨著操作溫度的升高電池性能提高這是因爲(wèi)升高溫度有利於提高電化學(xué)反應(yīng)的速度和質(zhì)子這是因爲(wèi)升高溫度有利於提高電化學(xué)反應(yīng)的速度和質(zhì)子在電解質(zhì)膜中的傳遞速度當(dāng)電流密度爲(wèi)在電解質(zhì)膜中的傳遞速度當(dāng)電流密度爲(wèi)500500mAcm2mAcm2時時8080RPEMRFCRPEMRFC電池電壓爲(wèi)電池電壓爲(wèi)065065VV同同PEMFCPEMFC相比沒有相比沒有畫圖當(dāng)電流密度爲(wèi)畫圖當(dāng)電流密度爲(wèi)500500mAcm2mAcm2時時8080PEMFCPEMFC電池電電池電壓爲(wèi)壓爲(wèi)071071VV有確定差距這主要是由於有確定差距這主要是由於PEMRFCPEMRFC氧電極氧電極催化層中含有一層化學(xué)鍍銥而銥對氧氣還原催化活性很催化層中含有一層化學(xué)鍍銥而銥對氧氣還原催化活性很小電極反應(yīng)過程中質(zhì)子只有通過這層銥催化層才能小電極反應(yīng)過程中質(zhì)子只有通過這層銥催化層才能達到鉑催化劑的活性位上反應(yīng)從而增加了質(zhì)子傳遞阻力達到鉑催化劑的活性位上反應(yīng)從而增加了質(zhì)子傳遞阻力使電池性能下降使電池性能下降12電解曲線圖n隨著溫度升高在同一電流密度下電解電壓下降這主要是由於隨著電解溫度的升高水的理論分解電壓陰陽極的過電位降低使電解電壓下降當(dāng)電解溫度爲(wèi)20電流密度大於700mAcm2時電解電壓急劇升高出現(xiàn)極限電流這是由於在低溫情況下質(zhì)子交換膜的傳導(dǎo)質(zhì)子才能下降出現(xiàn)極限電流值13屢屢循環(huán)伏安曲線圖14屢屢循環(huán)伏安曲線圖說明n從圖中可以看出隨著迴圈次數(shù)的增加燃料電池電解性能都有衰減其中電解性能衰減較快我們把電池拆開後進行氧電極擴散層防水試驗氧電極在實驗前蒸餾水在其上成珠狀分佈氧電極在經(jīng)過屢屢迴圈之後蒸餾水在其上成膜狀分佈說明電解過程中産生的氧氣對電極擴散層産生破壞降低了電極的擴散層的防水性能使氧氣到催化劑活性位的擴散阻力加大使燃料電池性能下降造成電解性能下降的理由可能是一方面由於銥催化劑在電解時生産氧化銥而氧化銥是一種半導(dǎo)體增加了電極中電子傳導(dǎo)阻力使電解性能下降另一方面由於電解過程中有氫氧氣産生屢屢迴圈後氣體進入膜與催化劑的介面可能使化學(xué)鍍鉑銥催化層與膜分離使電解性能衰減需要進一步改進電極製備工藝提從而提高電極迴圈使用壽命15電極電極v電極反應(yīng)陽極陽極HH222H2H2e2e陰極陰極OO224H4H4e4e2H2H22OEOEE1229vE1229v16雙極板雙極板v雙極板功能分隔氧化劑與還原劑收集電流確保電池堆的溫度均勻分佈達到散熱效果17TargetValue10kg包含材料和加工100Scm或者200S21kWkg對於交通工具用足夠強度和彈性允許雙極板製作較薄vv雙極板規(guī)格特性要求雙極板規(guī)格特性要求製造本金抗腐蝕性材料導(dǎo)電性材料氣密性重量輕良好的機械性質(zhì)18EXEX石墨雙極板製作石墨雙極板製作流道設(shè)計石墨素材平面整修建立CADCAM模型建檔路徑模擬NC加工程式素材切面石墨薄面平面整修雙極板