质子交换膜燃料电池的活化及阳极抗CO催化层的结构设计和优化研究

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质子交换膜燃料电池的活化及阳极抗CO催化层的结构设计和优化研究

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毕业论文范文题目：质子交换膜燃料电池的活化及阳极抗CO催化层的结构设计和优化研究，论文范文关键词：质子交换膜燃料电池的活化及阳极抗CO催化层的结构设计和优化研究
质子交换膜燃料电池的活化及阳极抗CO催化层的结构设计和优化研究毕业论文范文介绍开始：
【论文摘要】：质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其清洁高效、低温运行、快速响应等优势受到广泛关注,有望成为新一代电动汽车、分布式电站的电能供应装置。PEMFC目前采用纯氢作为阳极燃料,而纯氢的制取与储运问题限制了PEMFC的进一步发展推广,采用碳氢重整气作为阳极燃料有利于解决这个问题。本文的研究目的在于对PEMFC阳极催化层进行优化设计,提高其在碳氢重整气中的综合运行性能,从以下几个方面进行实验研究论证。首先研究了一种新型的使用步进式电流加载方式的“三步法”活化流程,结合“cooling-after-a-stop”方法对PEMFC进行活化研究:(1)详细给出了活化过程的运（文章此处忽略..）行参数以及活化的中间结果;(2)通过改变活化过程中每一步的运行温度来逐步增加Nafion膜以及催化层中Nafion相的含水量,使得催化层中三相反应活性点以及质子、电子、反应气体、水的传输通道更好的建立,进而显著提高电池性能;(3)活化过程中的电池冷却方法(cooling-after-a-stop)有利于促进Nafion膜与催化层中的Nafion相的吸水能力,逐步稳定并提高电池性能,降低电池的活化过电位与欧姆过电位;(4)与传统的“一步法”活化流程相比,“三步法”活化流程可将最大电流密度提高14.5%,即由880mA/cm~2增加到1008mA/cm~2。其次详细研究了PEMFC阳极抗CO催化层结（略..）构的优化问题,通过H2/空气、H2+CO/空气进行一系列电化学测试,结果表明:(1)Pt-Ru/C载量为1.5mgPt/cm~2是最优值,载量过低不能满足电化学反应需求;载量过高导致催化层过厚,阻碍反应气体传质且经济性较差。(2)阳极催化层中Nafion含量为20%是最优值,Nafion含量过低不能有效传递反应质子;Nafion含量过高阻碍反应气体传质与反应电荷转移。(3)在上述最优值组合下,PEMFC在20ppmCO的混合气中运行的最大功率密度为429.9mW/cm~2;采用恒流模式(480mA/cm~2)可在25ppmCO的混合气中可稳定运行至少5小时,其电压始终保持在0.59V以上。最后研究了采用最优阳极催化层结（本文此处忽略..）构(1.5mgPt/cm~2Pt-Ru/C+20%Nafion)的PEMFC在重整气中的综合性能。通过改变运行参数研究其在H2+CO_2和H2+CO的性能,之后研究其在H2+CO+CO_2以及在模拟重整气H2+CO+CO_2+CH4中的性能。结果表明:(1)CO_2对PEMFC性能的影响随着其浓度的增加而增加,短时期内CO_2对PEMFC影响主要是由于传质引起的反应电阻增加,可能存在的水煤气反应逆反应的影响微乎其微。(2)CO对PEMFC性能的影响随着CO浓度的增加而变大,高电流密度下对电池的毒化作用更加明显。在固定增湿温度的条件下,电池温度的升高有利于减小CO的毒化作用提高电池抗CO性能;但电（本文此处忽略..）池温度升高同时降低反应气体相对湿度,使Nafion膜与催化层中Nafion相吸水量下降影响质子传递能力,增加了反应电阻。增湿温度(阳极/阴极)60oC,电池温度70oC是最佳操作温度。(3)PEMFC在含有多种杂质气的重整气中能够稳定运行,且性能良好。在模拟重整气75%H2+20%CO_2+5%CH4+15ppmCO条件下运行时,最大功率密度为385.9mW/cm~2。

以上为本篇毕业论文范文质子交换膜燃料电池的活化及阳极抗CO催化层的结构设计和优化研究的介绍部分。

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