直接液流燃料電池的構筑及性能研究.pdf

1、直接液流燃料電池的構筑及性能研究直接液流燃料電池的構筑及性能研究DesignPerfmanceofDirectLiquidRedoxFuelCell學科專業(yè)：應用化學研究生：米南指導教師：黃成德副教授天津大學化工學院二零一三年五月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DLRFC電池單體的性能進行初步評價，本文自行設計并搭建DLRFC單電池測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)由反應物供給單元、溫控單元、電化學反應單元以及性能測試單元四部分組成。在單元設計中，考慮到物料特性、電池工作與測試要求，分別選用聚四氟乙烯管作為管道材料、石墨板作為流場板材料，并重點針對陽極流場以及陰極孔槽的結構進行了設計，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、池性能測試提供一個穩(wěn)定可靠的平臺。本文所設計的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活性。最后，本文研究了DLRFC的組成、制備過程以及電池運行條件等對其性能的影響。實驗結果顯示，陽極催化劑的最佳金屬載量為2mgcm2，Nafion最優(yōu)含量為30wt%。制備陽極半膜電極時最佳的熱壓溫度、壓力和時間分別為120℃、200kgfcm2和120s。此外，為了使組裝后的DLRFC達到最佳性能，采用高溫水、恒電流放電以及變電流放電三種方式對其進