直接液流燃料電池的構(gòu)筑及性能研究.pdf

1、直接液流燃料電池的構(gòu)筑及性能研究直接液流燃料電池的構(gòu)筑及性能研究DesignPerfmanceofDirectLiquidRedoxFuelCell學(xué)科專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)研究生：米南指導(dǎo)教師：黃成德副教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一三年五月I摘要直接液流氧化還原燃料電池（DLRFC）是采用液流電池中的氧化還原電對(duì)替代低溫燃料電池氧氣陰極的一種新型電池。由于DLRFC采用全液體進(jìn)料，因此不存在低溫燃料電池中的陰極水淹及甲醇滲透等問題。此外，由于陰極

2、不再使用貴金屬催化劑，因此降低了電池整體的成本。為了對(duì)DLRFC電池單體的性能進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，本文自行設(shè)計(jì)并搭建DLRFC單電池測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)由反應(yīng)物供給單元、溫控單元、電化學(xué)反應(yīng)單元以及性能測(cè)試單元四部分組成。在單元設(shè)計(jì)中，考慮到物料特性、電池工作與測(cè)試要求，分別選用聚四氟乙烯管作為管道材料、石墨板作為流場(chǎng)板材料，并重點(diǎn)針對(duì)陽(yáng)極流場(chǎng)以及陰極孔槽的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后通過多種連接件以及緊固件將所有部件組裝成統(tǒng)一整體，從而為DLRFC單電

3、池性能測(cè)試提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的平臺(tái)。本文所設(shè)計(jì)的DLRFC采用石墨氈材料作為陰極材料并采用空氣氣氛中的熱處理、濃硫酸氧化處理以及酸、熱混合處理改善其活性。結(jié)果表明，酸和熱處理均有利于提高石墨氈的活性，但是熱處理法略優(yōu)于濃硫酸氧化處理。其中，熱處理的最佳溫度為450℃，用該石墨氈組裝DLRFC電池的最大電流密度可達(dá)128.9mAcm2，優(yōu)于未處理石墨氈所組裝DLRFC電池的最大電流密度79.2mAcm2。這可能是由于熱處理更有利于增加石墨氈

4、表面的含氧官能團(tuán)COOH，增大其活性比表面積，從而降低電子傳遞電阻，提高石墨氈的電化學(xué)活性。最后，本文研究了DLRFC的組成、制備過程以及電池運(yùn)行條件等對(duì)其性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，陽(yáng)極催化劑的最佳金屬載量為2mgcm2，Nafion最優(yōu)含量為30wt%。制備陽(yáng)極半膜電極時(shí)最佳的熱壓溫度、壓力和時(shí)間分別為120℃、200kgfcm2和120s。此外，為了使組裝后的DLRFC達(dá)到最佳性能，采用高溫水、恒電流放電以及變電流放電三種方式對(duì)其進(jìn)