化学学报 ›› 2023, Vol. 81 ›› Issue (9): 1135-1141.DOI: 10.6023/A23040184 上一篇 下一篇
所属专题: 庆祝《化学学报》创刊90周年合辑
研究论文
刘士琨a, 邓程维b, 姬峰b, 闵宇霖a,*(), 李和兴a,*()
投稿日期:
2023-04-29
发布日期:
2023-07-13
作者简介:
基金资助:
Shikun Liua, Chengwei Dengb, Feng Jib, Yulin Mina(), Hexing Lia()
Received:
2023-04-29
Published:
2023-07-13
Contact:
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优化气体扩散电极(GDE)的结构是提升高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)性能、降低成本的重要手段. 本工作通过调控内外催化层中碳酸氢铵造孔剂含量, 构筑了一种梯度孔分布的双催化层阴极, 优化磷酸分布, 降低氧传输阻力, 从而达到电化学性能提升的目的. 结果显示, 当内催化层使用46.7% (w) PtCo/C且不添加造孔剂, 外催化层使用40% (w) Pt/C且铂与造孔剂质量比为0.53时构成的膜电极, 在160 ℃与常压氢空进料下, 其组成的单电池最大功率密度达439 mW•cm-2, 比未添加造孔剂的单电池最大功率密度高69 mW•cm-2.
刘士琨, 邓程维, 姬峰, 闵宇霖, 李和兴. 高温质子交换膜燃料电池中阴极双催化层孔结构的设计研究★[J]. 化学学报, 2023, 81(9): 1135-1141.
Shikun Liu, Chengwei Deng, Feng Ji, Yulin Min, Hexing Li. Design and Study on Pore Structure of Cathode Double Catalytic Layer in High-temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell★[J]. Acta Chimica Sinica, 2023, 81(9): 1135-1141.
内CL | 外CL | ||||
---|---|---|---|---|---|
Pt载量/ (mg•cm-2) | 造孔剂质量∶总固体质量/% | Pt载量/ (mg•cm-2) | Pt载量/ (mg•cm-2) | ||
MEA 0 | 0.250 | 0 | 0.253 | 0.250 | |
MEA 1 | 0.252 | 0 | 0.248 | 0.252 | |
MEA 2 | 0.251 | 0 | 0.248 | 0.251 | |
MEA 3 | 0.250 | 0 | 0.251 | 0.250 | |
MEA 4 | 0.249 | 10 | 0.253 | 0.249 | |
MEA 5 | 0.252 | 10 | 0.251 | 0.252 | |
MEA 6 | 0.250 | 10 | 0.252 | 0.250 |
内CL | 外CL | ||||
---|---|---|---|---|---|
Pt载量/ (mg•cm-2) | 造孔剂质量∶总固体质量/% | Pt载量/ (mg•cm-2) | Pt载量/ (mg•cm-2) | ||
MEA 0 | 0.250 | 0 | 0.253 | 0.250 | |
MEA 1 | 0.252 | 0 | 0.248 | 0.252 | |
MEA 2 | 0.251 | 0 | 0.248 | 0.251 | |
MEA 3 | 0.250 | 0 | 0.251 | 0.250 | |
MEA 4 | 0.249 | 10 | 0.253 | 0.249 | |
MEA 5 | 0.252 | 10 | 0.251 | 0.252 | |
MEA 6 | 0.250 | 10 | 0.252 | 0.250 |
电压/V | 最大功率密度/ (mW•cm-2) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
0.2 A•cm-2 | 0.5 A•cm-2 | 1.2 A•cm-2 | ||||
MEA 0 | 0.618 | 0.507 | 0.306 | 370 | ||
MEA 1 | 0.615 | 0.518 | 0.352 | 425 | ||
MEA 2 | 0.632 | 0.531 | 0.366 | 439 | ||
MEA 3 | 0.605 | 0.500 | 0.301 | 363 | ||
MEA 4 | 0.619 | 0.514 | 0.316 | 379 | ||
MEA 5 | 0.606 | 0.523 | 0.359 | 432 | ||
MEA 6 | 0.620 | 0.521 | 0.342 | 410 |
电压/V | 最大功率密度/ (mW•cm-2) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
0.2 A•cm-2 | 0.5 A•cm-2 | 1.2 A•cm-2 | ||||
MEA 0 | 0.618 | 0.507 | 0.306 | 370 | ||
MEA 1 | 0.615 | 0.518 | 0.352 | 425 | ||
MEA 2 | 0.632 | 0.531 | 0.366 | 439 | ||
MEA 3 | 0.605 | 0.500 | 0.301 | 363 | ||
MEA 4 | 0.619 | 0.514 | 0.316 | 379 | ||
MEA 5 | 0.606 | 0.523 | 0.359 | 432 | ||
MEA 6 | 0.620 | 0.521 | 0.342 | 410 |
RΩ/(mΩ•cm2) | Rp/(mΩ•cm2) | (Rct+Rmt)/(mΩ•cm2) | |
---|---|---|---|
MEA 0 | 0.091 | 0.038 | 0.388 |
MEA 1 | 0.094 | 0.018 | 0.24 |
MEA 2 | 0.099 | 0.021 | 0.204 |
MEA 3 | 0.112 | 0.043 | 0.303 |
MEA 4 | 0.108 | 0.049 | 0.264 |
MEA 5 | 0.112 | 0.025 | 0.214 |
MEA 6 | 0.118 | 0.046 | 0.221 |
RΩ/(mΩ•cm2) | Rp/(mΩ•cm2) | (Rct+Rmt)/(mΩ•cm2) | |
---|---|---|---|
MEA 0 | 0.091 | 0.038 | 0.388 |
MEA 1 | 0.094 | 0.018 | 0.24 |
MEA 2 | 0.099 | 0.021 | 0.204 |
MEA 3 | 0.112 | 0.043 | 0.303 |
MEA 4 | 0.108 | 0.049 | 0.264 |
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