碱性膜燃料电池阴极Co-N-C催化剂层的性能优化

摘要

近年来,阴离子交换膜性能的提升使碱性膜燃料电池(AMFC)的研究成为热点.与质子交换膜燃料电池(PEMFC)相比,其主要特点之一就是可以使用非贵金属催化剂替代商业Pt/C,从而避免非贵金属在酸性中的不稳定性.膜电极是燃料电池的核心部件,制约燃料电池的性能.催化层作为膜电极的主要部件,由催化剂和离聚物组成.离聚物质量分数影响催化层孔的尺寸和分布,从而影响电化学反应速率和燃料电池反应中的氧扩散和水传输.同时,催化层与气体扩散层接触的紧密程度也影响了接触电阻.因此,对催化层微观结构的调控决定着燃料电池发电性能.目前,关于AMFC的催化层研究以贵金属Pt/C催化剂为主,对于非贵金属催化层研究相对较少,制约了其在碱性膜燃料电池中的应用.本文使用实验室自制的Co-N-C催化剂和商业FAA-3离聚物制备了阴极催化层,探究了Co-N-C催化层中离聚物的质量分数对催化层结构的影响,通过研究催化剂墨水的组分和配比,发现当离聚物质量分数为40%时燃料电池性能最高达到139.7 mW/cm2,与使用Pt/C催化剂的燃料电池性能相近.