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    膜電極密封層的設計及其對電池性能影響的研究

    時間:2019-07-21 11:19來源:畢業論文
    三種膜電極密封層具有不同結構的設計,可以憑借幾個電化學技術研究他們對單體電池性能的影響。結果表明,該密封層下面的小部分催化劑層充當有源區,導致更高的電化學表面面積

    摘要:密封層通常用作于催化劑涂覆的隔膜(CCM)為電解質膜和處理組裝期間的邊緣提供防護。催化劑涂覆的隔膜(CCM)通常覆蓋在電解質膜的周邊區域(非活性區域) ,并有一個限定的電極窗口(有效面積)與流場接觸。在這項研究中,三種膜電極密封層具有不同結構的設計,可以憑借幾個電化學技術研究他們對單體電池性能的影響。結果表明,該密封層下面的小部分催化劑層充當有源區,導致更高的電化學表面面積(ESA) ,更高的 H2的滲透和較小的短路電阻。膜電極密封層的配置對催化劑層中的質子阻力,氧化還原反應(ORR)動力學和極限電流的影響不大,但由于在干燥條件下氫滲透電流的增加,會在低電流區對電池性能產生不利影響。 這些結果將用于密封層在燃料電池中的設計和應用準則。37364
    畢業論文關鍵詞:膜電極層組件,密封層,H2的滲透電流,單電池的性能
    Performance of the Subgasketed MEA in ProtoExchange Membrane Fuel Cell
    Abstract: Subgaskets are usually applied to a catalyst-coated membrane (CCM)for edge protection of electrolyte membrane and easiness of handling during assembly.They cover the peripheral region (non-active area) of CCM and have a definedelectrode window (active area) contact with the flow field. In this study, threesubgasketed CCMs with different configurations were designed and their effects onthe electrochemical properties of CCM and single cell performance were investigatedby virtue of several electrochemical techniques. The results revealed that small part ofthe catalyst layer underneath the subgaskets acted as the active area, leading to higherelectrochemical surface area (ESA), higher H2 crossover and smaller shortingresistance. The configurations of subgasketed CCM had little impact on protonresistance in the catalyst layer, ORR kinetics and limiting current, but had adverseeffects on cell performance in the low current region under dry conditions due toincreased hydrogen crossover. These findings would provide guidelines for subgasketdesign and application in fuel cell.

    源`自^六;維'論.文;網www.kj9998.cn


    Keywords: catalyst-coated membrane, subgasket, H2 crossover, single cellperformance
    目錄
    第一章 緒論1
    1.1 前言1
    1.2 電極錯位對測量誤差的影響著2
    1.3 三種密封層的設計2
    第二章 測試密封層對電池性能的影響 5
    2.1 膜電極的制備.5
    2.1.1 電極-膜-電極組件的具體制備步驟.5
    2.1.2 質子交換膜燃料電池組裝5
    2.2 制備膜電極.7
    2.2.1 制備催化劑油墨7
    2.2.2 Nafion 溶液的制備8
    2.2.3 密封層的制備8
    2.3 單電池檢測.8
    2.3.1 燃料電池測試系統9
    2.4 電化學測量10
    第三章 實驗數據與分析11
    3.1 極化曲線.11
    3.2 電化學表面積.12
    3.3 H2滲透和短路.12
    3.4 質子傳導.14
    3.5 氧化還原反應動力學15
    3.6 不同的的濕度下極化曲線15
    第四章 結論與展望16
    4.1 結論18
    4.2 展望18
    致謝19
    參考文獻20
    第一章 緒論
    1.1 前言膜電極組件(MEA)通常包括質子交換膜(PEM) ,氣體擴散層(GDL)和催化劑層(CL)的。該催化劑油墨可涂布在 PEM 或 GDL 上,這些結構分別稱為催化劑涂覆的隔膜(CCM)或催化劑層的氣體擴散層(CC-GDL) 。為了密封,所述膜通常比電極大得多并且它的邊緣在兩個電極之間向外突出。電解質膜的的邊緣保護膜通常用具有惰性和尺寸穩定的材料(如 PET, PEN或 Kampton) ,以提高邊緣的機械強度和剛度。在燃料電池中保護膜被稱作“密封層”并且通常施加在復合了膜電極組件(MEA)[1-4]的兩側。如圖1,密封層覆蓋在催化劑層的外圍區域(非活性區域) ,并且具有中心開口(定義窗口)容納催化劑層。圖 1 膜電極組件(MEA)與密封層的橫截面因此,該電解質膜在兩個密封層之間并沒有明顯超出他們的外圍。這種電極通常配置為具有相同的尺寸的密封層定義窗口。所述密封層可能有幾個特定的功能:(1)邊緣的膜的保護,以避免機械故障和化學降解;(2)定位陽極和陰極,以消除對電極的未對準;(3)阻擋外部污染和防止反應氣體的側向泄漏;(4)更加容易的處理燃料電池堆組件。 膜電極密封層的設計及其對電池性能影響的研究:http://www.kj9998.cn/wuli/20190721/36105.html
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