膜电极组基本结构

关于膜电极组基本结构1第1页，课件共24页，创作于2023年2月2質子交換膜型(PEMFC)結構主要構造約分為：1.高分子質子交換膜（塗佈觸媒及其他物質）。2.氣體導流板。3.集電片。4.夾板。

第2页，课件共24页，创作于2023年2月3單一CELL

電池組

(金屬板)(集電極)(電極流場)(電極)(氣體散播層)(離子導體)(薄膜)(金屬板)(集電極)(電極)(氣體散播層)(離子導體)(薄膜)(電極流場)第3页，课件共24页，创作于2023年2月4離子交換膜(Perfluorocarbon)結構圖第4页，课件共24页，创作于2023年2月5離子交換膜(Perfluorocarbon)結構圖第5页，课件共24页，创作于2023年2月6氫氧作燃料的燃料電池結構示意圖~第6页，课件共24页，创作于2023年2月7觸媒(陽極觸媒)(陰極觸媒)第7页，课件共24页，创作于2023年2月8電催化反應催化觸媒：低溫燃料電池電催化是電化學和觸媒的組合，我們可利用觸媒電極，使得電化學反應能在接近理論電壓和高電流密度下進行。而燃料電池是利用電催化觸媒把化學能直接轉換成電能的發電裝置。第8页，课件共24页，创作于2023年2月9(流道板)(電流收集極)(襯墊)(襯墊)(觸媒層和陽離子交換膜組合)膜電極組基本結構第9页，课件共24页，创作于2023年2月10電池性能圖第10页，课件共24页，创作于2023年2月11

電池性能圖說明(1)對於一般質子交換膜燃料電池（PEMRFC）用電極，由於膜與電極不是緊密地聯結在一起，用於PEMRFC電解時會使膜與電極分離，使電解性能差；並且由於作爲擴散層的碳紙中，PTFE的含量太高，防水性強，使電解性能很差。可逆式再生氫氧燃料電池，要求電極具有雙效性，即既能催化發生燃料電池反應，又能催化發生電解反應。針對這種特徵，我們設計一種雙層催化層電極，即首先在質子膜的兩側化學鍍pt、Ir，作爲水電解反應的催化層，然後製作類似於PEMFC用電極，其催化層主要催化燃料電池反應。PEMRFC採用雙層催化層後燃料電池性能如圖3所示，其中氫氧氣操作壓力爲0.3Mpa，採用Nafion115膜，氫氧氣的尾氣排放量爲化學計量值。第11页，课件共24页，创作于2023年2月12

電池性能圖說明(2)從圖中可以看出，隨著操作溫度的升高，電池性能提高。這是因爲升高溫度有利於提高電化學反應的速度和質子在電解質膜中的傳遞速度。當電流密度爲500mA/cm2時，80℃RPEMRFC電池電壓爲0.65V,同PEMFC相比（沒有畫圖，當電流密度爲500mA/cm2時，80℃PEMFC電池電壓爲0.71V）有一定差距。這主要是由於PEMRFC氧電極催化層中含有一層化學鍍銥，而銥對氧氣還原催化活性很小，電極反應過程中，質子只有通過這層銥催化層，才能達到鉑催化劑的活性位上反應，從而增加了質子傳遞阻力，使電池性能下降。

第12页，课件共24页，创作于2023年2月13電解曲線圖隨著溫度升高，在同一電流密度下，電解電壓下降。這主要是由於隨著電解溫度的升高，水的理論分解電壓、陰陽極的過電位降低，使電解電壓下降。當電解溫度爲20℃，電流密度大於700mA/cm2時，電解電壓急劇升高，出現極限電流。這是由於在低溫情況下，質子交換膜的傳導質子能力下降，出現極限電流值。第13页，课件共24页，创作于2023年2月14多次循環伏安曲線圖第14页，课件共24页，创作于2023年2月15多次循環伏安曲線圖說明從圖中可以看出，隨著迴圈次數的增加，燃料電池、電解性能都有衰減，其中電解性能衰減較快。我們把電池拆開後，進行氧電極擴散層防水試驗。氧電極在實驗前，蒸餾水在其上成珠狀分佈，氧電極在經過多次迴圈之後，蒸餾水在其上成膜狀分佈。說明電解過程中産生的氧氣對電極擴散層産生破壞，降低了電極的擴散層的防水性能，使氧氣到催化劑活性位的擴散阻力加大，使燃料電池性能下降。造成電解性能下降的原因可能是：一方面由於銥催化劑在電解時生産氧化銥，而氧化銥是一種半導體，增加了電極中電子傳導阻力，使電解性能下降；另一方面由於電解過程中有氫氧氣産生，多次迴圈後，氣體進入膜與催化劑的介面，可能使化學鍍鉑、銥催化層與膜分離，使電解性能衰減。需要進一步改進電極製備工藝，提從而提高電極迴圈使用壽命。第15页，课件共24页，创作于2023年2月16電極電極反應：陽極：H22H++2e-陰極:O2+4H++4e-2H2O+EE=-1.229v第16页，课件共24页，创作于2023年2月17雙極板雙極板功能：分隔氧化劑與還原劑收集電流確保電池堆的溫度均勻分佈達到散熱效果第17页，课件共24页，创作于2023年2月18TargetValue<$10/kg包含材料和加工<16μA/cm2>100S/cm或者>200S/㎝2

<2×10-6cm3/cm2-sΔP=2atm>1kW/kg(對於交通工具用)足夠強度和彈性，允許雙極板製作較薄雙極板規格特性要求製造成本抗腐蝕性材料導電性材料氣密性重量輕良好的機械性質第18页，课件共24页，创作于2023年2月19EX:石墨雙極板製作流道設計石墨素材平面整修建立CADCAM模型建檔路徑模擬NC加工程式素材切面石墨薄面平面整修雙極板槽孔加工燃料電池雙極板第19页，课件共24页，创作于2023年2月20多層複合型雙極板第20页，课件共24页，创作于2023年2月21流場(氣體通道)(集電器)(氣體擴散器)(觸媒層)(