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PEMFC 催化剂碳载体

PEMFC 催化剂碳载体. PEMFC 结构. 良好的导电性 载体与催化剂有良好的相互作用 大比表面积 耐 腐蚀 拥有适宜的介孔结构，利于传质 适宜的亲水 / 憎水特性以保证足够的容水能力与 良好的 气体通道 容易回收催化剂. 理想催化剂载体的性质. 常见碳载体. 碳黑，如 Vulcan XC-72R ； Ketjen Black 等； 碳纳米管； 碳纳米线； 介孔碳：孔径在 2~50 纳米； 石墨烯。. 碳载体.

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Presentation Transcript

  1. PEMFC催化剂碳载体

  2. PEMFC结构

  3. 良好的导电性 载体与催化剂有良好的相互作用 大比表面积 耐腐蚀 拥有适宜的介孔结构，利于传质 适宜的亲水/憎水特性以保证足够的容水能力与良好的气体通道 容易回收催化剂 理想催化剂载体的性质

  4. 常见碳载体 碳黑，如Vulcan XC-72R；Ketjen Black等； 碳纳米管； 碳纳米线； 介孔碳：孔径在2~50纳米； 石墨烯。 碳载体

  5. 优点：比表面积大，如Vulcan XC-72R为250m2/g; Ketjen Black可达1250m2/g；便宜；容易获得。 缺点：含有较深的微孔 或凹陷使进入其中的催 化剂颗粒无法接触质子 导体而没有催化效果； 不够稳定，在酸性条件 下会被腐蚀（氧化）； 碳载体—碳黑

  6. 优点：比碳黑稳定。相比Pt/C催化剂，Pt/CNTs做催化剂电池性能有一定提高。优点：比碳黑稳定。相比Pt/C催化剂，Pt/CNTs做催化剂电池性能有一定提高。 缺点：价格比碳黑高。 碳载体—碳纳米管 操作条件：O2饱和1.0 M H2SO4溶液，扫描速度20 mV/ s [1]Ling Shi, Ru-Ping Liang and Jian-Ding Qiu，Controllable deposition of platinum nanoparticleson polyaniline-functionalized carbon nanotubes；J. Mater. Chem., 2012, 22, 17196–17203

  7. Pt/CNF稳定性比Pt/C高， CNF的直径可达500nm，长度可达几微米，中间无孔或孔径很小。比碳黑导电性能好。 催化性能比Pt/C低或相当，主要因为CNF比表面积比碳黑小。 碳载体—碳纳米线（CNF） 测试条件：电极面积5cm2，2M的甲醇进料3 cm3min−1，氧气标准大气压下100 cm3 min−1，Pt载量1mg/cm2 D. Sebastián, M.J. Lázaro; The influence of carbon nanofiber support properties on the oxygen reduction behavior in proton conducting electrolyte-based direct methanol fuel cells ;International Journal of Hydrogen Energy ;Volume 37, Issue 7, April 2012, Pages 6253–6260

  8. 可按照结构分为有序介孔碳(OMC)和无序介孔碳(DOMC)。可按照结构分为有序介孔碳(OMC)和无序介孔碳(DOMC)。 有序介孔碳做载体表现出比碳黑更好的性能，因为介孔的存在为传质提供了通道。 碳载体—介孔碳 测试条件：Pt载量均为0.5mg/cm2，氢氧流量分别为9,20ml/min，相对湿度100%，常温，常压。 L. Calvilloa, M. Gangeri； Synthesis and performance of platinum supported on ordered mesoporous carbons as catalyst for PEM fuel cells: Effect of the surface chemistry of the support； International Journal of Hydrogen Energy； Volume 36, Issue 16, August 2011, Pages 9805–9814

  9. 对于无序介孔碳，有实验证明其效果不佳 碳载体—介孔碳 Bing Liu, Steve Creager；Silica–sol-templatedmesoporous carbon as catalyst support for polymer electrolyte membrane fuel cell applications；ElectrochimicaActa；Volume 55, Issue 8, 1 March 2010, Pages 2721–2726 操作条件：氢氧气体流量分别为1.25,1.5ml/min，Pt载量0.25mg/cm2，80℃，常压。

  10. 特点：高电子迁移率，高比表面积，高电导率 经N参杂后，催化剂性能显著提高。 碳载体—石墨烯 Pt/N-HEG and b) Pt 3 Co/N-HEG 60℃下性能对比 稳定性测试 操作条件：铂载量阳极0.25mg/cm2，阴极0.4mg/cm2；电极面积11.56 cm2；相对湿度90%，Teledyne燃料电池工作站。

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