质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备.pdf
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- 质子 交换 燃料电池 电极 组件 制备
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第45卷第2期
机槭工程学报
Vol,45 No. 2
2009年2月
JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING
Feb
2009
DOL:10.390IAME2009.02.075
质子交换膜燃料电池膜电极组件的制备
李冰,2林瑞2杨代军,2张存满2沈猛3马建新,2
(1.同济大学新能源汽车工程中心上海201804
2.同济大学汽车学院上海201804
3.华东理工大学资源与环境工程学院上海200237)
摘要:采用直接涂膜技术,利用40%的PtC催化剂制备质子交换膜燃料电池的核心部分膜电极组件。通过优化催化层中催
化剂与 Nafion的最佳质量比以及扩散层的微孔层的聚四氟乙烯与碳粉的质量比以改进燃料电池的性能,并利用循环伏安、
电化学阻抗谱等技术对电池的电化学性能进行了表征。研究表明催化层中催化剂与 Nafion的最佳质量比为3:1时,对应的
电池的活性面积最大,欧姆阻抗和电荷传递阻抗最小。另外,研究还发现在恒电流条件下,当扩散层的微孔层中碳粉质量分
数为2mgfm2,碳粉与PTFE的质量比为7:3时,放电性能最佳。
关键词:PけC催化剂碳粉质量分数膜电极组件循环伏安交流阻抗
中图分类号:TM91.4
Preparation of Membrane Electrode Assemblies for
Proton Exchange Membrane Fuel Cells
LI Bing. 2 LIN Rui,2 YANG Daijun ZHANG CUNMAN'SHEN Meng MA Jianxin
(1. Clean Energy Automotive Engineering Center, Tongji University, Shanghai 201804
2. School of Automotive Studies, Tongji University, Shanghai 201804;
3. School of Resource and Environmental Engineering
East China University of Science of Technology, Shanghai 200237)
Abstract: Membrane electrolyte assembly(MEA which is the key component for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC)is
prepared with 40% Pt/C by catalyst coated membrane(CCM)technique. The main aim of this study is to optimize the performanc
of fuel cell through change the ratio of Pt/C catalyst to Nafion for the ME A and ratio of PTFE to carbon powder for gas diffusion
layer. Furthermore, cyclic voltammetry(C) and electrochemical impedance spectroscopy(EIS)techniques are used to characterize
e electrochemical properties of fuel cell. It is found that the optimum ratio of 40%Pt/C to Nafion is 3: 1 and the corresponding
active surface area of MEA is the highest and the ohmic resistance and charge resistance are the lowest compared to the one in other
ratio of catalyst to Nafion. The optimal loading of carbon powder is 2 m/cm and the optimal ratio of polytet rafluoroethylene
(PTFE)to carbon powder in the gas diffusion layer is 3: 7
Key words: Pt/C catalyst Mass fraction of carbon powder Membrane electrolyte assembly (MEA)Cyclic voltammetry(CV.
Electrochemical impedance spectroscopy(EIS
效率、低温启动以及环境友好等优点,可作为各种
0前
车辆的动力源,也是固定电站、便携式电子产品的
理想电源,因此, PEMIF C已成为世界各国研究的
质子交換膜燃料电池( Proton exchange mem-热点。通常,膜电极组件( Membrane electrolyte
brane fuel cell, PEMFC)具有高比功率、高能量转换 assembly,MEA)由质子交换膜和气体扩散电极热压
或催化层直接喷涂在质子交换膜上制作而成,是电
00压家高技术研究发展计划(863计划,20545)池运行过程中化学能转换为电能的场所,是燃料电
和同济大学青年优秀人オ培养行动计划(1700279016)资助项目。
20080330收到初稿,20080923收到修改稿
池的“心脏”,对 PEMFC的性能起到关键作用。
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