燃料电池静电纺丝催化剂层的电化学及冷启动特性研究
催化剂层是燃料电池的核心部件，面临着降低成本和提高性能的要求。其中静电纺丝催化剂层因其高性能和耐久性成为研究的热点。但是，对其性能提升和老化的机理的研究不充分，同时缺少对其冷启动特性的研究。因此本文从静电纺丝催化剂层的结构出发，揭示其性能提升和老化的机理，同时研究其冷启动特性。 首先研究了静电纺丝催化剂层的微观形貌，揭示其结构特性。通过氮气吸脱附法表征静电纺丝催化剂层和商业催化剂层的孔径分布，发现静电纺丝催化剂层具有更多来自于碳载体内部2～7nm的孔径。通过能谱仪表征了静电纺丝催化剂层单纤维截面的元素，发现铂集中分布在纤维截面中心。 然后研究了静电纺丝催化剂层的双电层界面与离聚物覆盖率，揭示其性能提升和老化的机理。静电纺丝催化剂层拥有比商业催化剂层更大的铂金与离聚物、铂金与水的双电层界面以及更低的铂金表面离聚物覆盖率，提高了三相反应界面和降低了物质传输阻抗。在负载循环过程中，静电纺丝催化剂层中没有被离聚物覆盖的铂金表面老化严重，铂金表面的离聚物覆盖率上升，导致反应界面以及物质传输能力的降低。 最后研究了静电纺丝催化剂层零下启动的能力和耐久性。相比于商业催化剂层，静电纺丝催化剂层的广泛的微孔结构减小了过冷水结冰的概率，提高了冷启动能力。同时纳米纤维更强的机械稳定性能够抵抗过冷水冻融循环应力，提高了冷启动耐久性。 本研究从电化学界面和离聚物的角度揭示了静电纺丝催化剂层性能提升以及老化的机理，同时研究了其冷启动的能力和耐久性，为其商业化发展奠定了基础。
燃料电池;催化剂;静电纺丝;双电层电容;离聚物覆盖率;冷启动
北京化工大学
硕士
机械工程
王克俭
2021
中文
TM911.4
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）