《燃料電池陰極Pt-Fe/C納米線粒體網路電催化劑研究》是依託同濟大學，由李冰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：燃料電池陰極Pt-Fe/C納米線粒體網路電催化劑研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李冰
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目以克服質子交換膜燃料電池傳統陰極催化劑的氧還原動力學較慢，耐久性偏低以及成本較高等問題為出發點，研究Pt-Fe/C合金納米線立體網路電催化劑(Pt-Fe/C NWNs)的製備方法及其中的科學問題。本項目將從催化劑組成和結構調變兩個方面來進行，擬用陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為軟模板合成Pt-Fe/C NWNs。通過對該催化劑獨特形態和結構的控制，以期實現較高的傳質、電子傳輸、貴金屬利用率和耐久性。考察合成條件對催化劑結構和性能影響，從而確定最佳的製備條件；以最佳的條件合成Pt-Fe/C NWNs作為燃料電池陰極，研究其發電性能和耐久性，並分析Pt-Fe/C NWNs的高活性和長耐久性機理。本項目研究不僅會對燃料電池技術進步起到積極推動作用，還會增進對Pt-Fe/C NWNs形成機制和控制策略理解，從而加深對燃料電池催化劑複雜體系製備-結構-性能關係的認識。
結題摘要
本項目主要涉及四大部分研究內容，即甲酸還原法合成PtNWs/C的製備條件最佳化；軟模板法合成Pt-Fe NWNs/C和Pt-Co NWNs/C的製備條件最佳化、PtNWs/C在千瓦級電堆上的套用及耐久性研究。結論如下：(1) 當還原劑用量和反應時間分別為30 ml和72h時，形成均一的納米線結構PtNWs/C，其電化學活性最好；其最大率密度達到748.8mWcm-2，高於商業Pt/C (715.4mWcm-2)。(2) 商業Pt/C和PtNWs/C催化劑經過1500 cycles加速老化後，Pt/C的ECSA衰退率為23.3%，而PtNWs/C的ECSA衰退率僅為3.1%，說明PtNWs/C的耐久性好於Pt/C。也對Pt/C和PtNWs/C製成的MEA進行14 h高電勢下(1.5 V)加速老化測試，結果顯示Pt/C製成MEA的ECSA發生了很明顯衰退，而Pt NWs/C的 ECSA衰退很少。(3) 由15片250cm2的MEA組成1.5kW電堆，經過420h動態工況運行，電堆平均單片電池平均衰退率14.4%。(4) 採用軟模板法合成Pt-Fe NWNs/C催化劑。當還原劑用量為0.4g時，Pt-Fe/C形成納米線立體網路結構(Pt-Fe NWNs/C)。CV和LSV結果表明，當還原劑用量為0.4g時，其ORR活性最好，優於商業Pt/C催化劑。(5) 考察了製備條件對Pt-Co結構和性能影響。研究表明：當還原劑用量為0.4g NaBH4，攪拌速度為1000rpm，表面活性劑CTAB濃度為40mM時，Pt-Co形成納米線網路結構，表現出最佳的電化學性能，優於商業Pt/C催化劑。 (6) 探索了Pt-Co NWNs/C的不同製備流程。Pt-Co NWNs的比質量活性為商業Pt/C的1.5倍。3000圈測試之後，Pt/C的ECSA下降了34.2%，而Pt-Co NWNs/C僅為14.7%。 (7) Pt-Co NWNs/C和Pt/C的最高比質量功率分別為1.29和1.23 kW gPt-1；表明Pt-Co NWNs/C發電性能優於Pt/C。在電流密度恆定為1000 mAcm-2運行100 h後，以Pt/C和Pt-Co NWNs/C製備MEA的最大功率密度分別衰減了99.4 mWcm-2和71.4mWcm-2。結果顯示Pt-Co NWNs/C表現較好的穩定性。
