膜电极密封层的设计及其对电池性能影响的研究
时间:2019-07-21 11:19 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 摘要：密封层通常用作于催化剂涂覆的隔膜（CCM）为电解质膜和处理组装期间的边缘提供防护。催化剂涂覆的隔膜（CCM）通常覆盖在电解质膜的周边区域（非活性区域） ，并有一个限定的电极窗口（有效面积）与流场接触。在这项研究中，三种膜电极密封层具有不同结构的设计，可以凭借几个电化学技术研究他们对单体电池性能的影响。结果表明，该密封层下面的小部分催化剂层充当有源区，导致更高的电化学表面面积（ESA） ，更高的 H2的渗透和较小的短路电阻。膜电极密封层的配置对催化剂层中的质子阻力，氧化还原反应（ORR）动力学和极限电流的影响不大，但由于在干燥条件下氢渗透电流的增加，会在低电流区对电池性能产生不利影响。 这些结果将用于密封层在燃料电池中的设计和应用准则。37364 毕业论文关键词：膜电极层组件，密封层，H2的渗透电流，单电池的性能 Performance of the Subgasketed MEA in ProtoExchange Membrane Fuel Cell Abstract: Subgaskets are usually applied to a catalyst-coated membrane (CCM)for edge protection of electrolyte membrane and easiness of handling during assembly.They cover the peripheral region (non-active area) of CCM and have a definedelectrode window (active area) contact with the flow field. In this study, threesubgasketed CCMs with different configurations were designed and their effects onthe electrochemical properties of CCM and single cell performance were investigatedby virtue of several electrochemical techniques. The results revealed that small part ofthe catalyst layer underneath the subgaskets acted as the active area, leading to higherelectrochemical surface area (ESA), higher H2 crossover and smaller shortingresistance. The configurations of subgasketed CCM had little impact on protonresistance in the catalyst layer, ORR kinetics and limiting current, but had adverseeffects on cell performance in the low current region under dry conditions due toincreased hydrogen crossover. These findings would provide guidelines for subgasketdesign and application in fuel cell. Keywords: catalyst-coated membrane, subgasket, H2 crossover, single cellperformance 目录 第一章 绪论1 1.1 前言1 1.2 电极错位对测量误差的影响著2 1.3 三种密封层的设计2 第二章 测试密封层对电池性能的影响 5 2.1 膜电极的制备.5 2.1.1 电极-膜-电极组件的具体制备步骤.5 2.1.2 质子交换膜燃料电池组装5 2.2 制备膜电极.7 2.2.1 制备催化剂油墨7 2.2.2 Nafion 溶液的制备8 2.2.3 密封层的制备8 2.3 单电池检测.8 2.3.1 燃料电池测试系统9 2.4 电化学测量10 第三章 实验数据与分析11 3.1 极化曲线.11 3.2 电化学表面积.12 3.3 H2渗透和短路.12 3.4 质子传导.14 3.5 氧化还原反应动力学15 3.6 不同的的湿度下极化曲线15 第四章 结论与展望16 4.1 结论18 4.2 展望18 致谢19 参考文献20 第一章 绪论 1．1 前言膜电极组件（MEA）通常包括质子交换膜（PEM） ，气体扩散层（GDL）和催化剂层（CL）的。该催化剂油墨可涂布在 PEM 或 GDL 上，这些结构分别称为催化剂涂覆的隔膜（CCM）或催化剂层的气体扩散层（CC-GDL） 。为了密封，所述膜通常比电极大得多并且它的边缘在两个电极之间向外突出。电解质膜的的边缘保护膜通常用具有惰性和尺寸稳定的材料（如 PET, PEN或 Kampton） ，以提高边缘的机械强度和刚度。在燃料电池中保护膜被称作“密封层”并且通常施加在复合了膜电极组件（MEA）[1-4]的两侧。如图1，密封层覆盖在催化剂层的外围区域（非活性区域） ，并且具有中心开口（定义窗口）容纳催化剂层。图 1 膜电极组件（MEA）与密封层的横截面因此，该电解质膜在两个密封层之间并没有明显超出他们的外围。这种电极通常配置为具有相同的尺寸的密封层定义窗口。所述密封层可能有几个特定的功能：（1）边缘的膜的保护，以避免机械故障和化学降解;（2）定位阳极和阴极，以消除对电极的未对准;（3）阻挡外部污染和防止反应气体的侧向泄漏;（4）更加容易的处理燃料电池堆组件。 (责任编辑：qin) |