低甲醇透过直接甲醇燃料电池(Low Methanol Crossover Direct Methanol Fuel Cell)

直接甲醇燃料电池与间接甲醇燃料电池相比，体积更小，重量更轻，因此在一些领域有诱人的应用前景。但是，在它们实际应用之前，必须解决一些具体的技术难题。目前，甲醇从阳极透过到阴极是影响电池性能的主要难题之一，另外，催化剂和电极的制备方法也对电池的性能有重要的影响。本论文的主要目的在于研制低甲醇透过直接甲醇燃料电池并有效地提高电池的性能。为了减小甲醇在Nafion117膜中的透过，提出并研制了铭纳米粒子修饰的Nafion复合膜，该方法包括与[Pd(NH_4)_4]~(2+)离子的离子交换过程和化学还原过程。研究了一种制备高分散性铂基催化剂的方法。另外我们还研究并分析了不同的电池运行参数，例如温度、甲醇浓度等，刘一电池性能和甲醇透过的影响。主要结果如下：1.采用离子交换还原法在Nafionll7膜内部沉积纳米把粒子，制备成高聚物电解质复合膜。研究了镀把前后Nafion膜表面形态、甲醇透过和膜的电导的变化和对直接甲醇燃料电池的性能的影响等。由于把纳米粒子阻碍了甲醇透过，同时，由于它对氢离子的强吸引力，不但不对氢离子的透过产生影响，而且还提高了膜佩狗电导。所以镀把后电解质膜的甲醇透过减少，膜电导增加，无论在低电流密度区还是在高电流密度区，电池性能都有效地提高。2.研究了一种制备高分散性铂基催化剂的新方法一预沉淀还原法。并采用TEM,XRD和电化学等技术来表征催化剂中铂的粒径、晶态结构和催化活性：与传统的化学还原法相比，因为该方法在化学还原过程中反应物与载体的作用力得到增强，所以采用该方法制备的催化剂铂分散性更好、晶态结构更低、粒径更小并且催化活性更好。该方法在直接甲醇燃料一电池中有应用价值。3.研究并分析了不同的电池运行参数，例如温度、甲醇浓度等，对电池性能和甲醇透过的影响。研究发现当电池运行温度增加时，电池性能提高，甲醇透过增加；甲醇浓度增加时，甲醇透过增加，但是，甲醇浓度对电池性能有不同的影响，在低甲醇浓度区，甲醇浓度增加，电池性能提高；在高甲醇浓度区，甲醇浓度增加，电池性能降低；存在一个最佳甲醇浓度，在该甲醇浓度的条件下，电池的性能最高。实验结果为：采用Nafion117膜时，电池的最佳甲醇浓度为2. 0 mol/L，采用镀把Nafion117膜时，电池的最佳甲醇浓度高于4.0 mol/Lo