利用造孔剂降低燃料电池中的铂负载量
质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是未来电动车、潜艇的最佳候选电源之一.目前 ,其制备关键技术已经成熟 ,限制其商业化的最大障碍是制作成本太高.包括电极、电解质膜和极板等3个方面.降低电极制作成本,主要是降低电极的铂担量 ,提高催化剂利用率.国际上在这方面进行了大量研究工作. 1990年,加拿大Ballard公司研制的第一代质子交换膜燃料电池MK5电池组 ,使用纯铂为催化剂,其电极铂担量为4 mgPt/cm2.之后 ,人们用碳载铂代替纯铂,美国E-TEK公司已出品的电极,铂担量降到0.4 mgPt/cm2,但电极中铂的利用率仅为10～20 %. 美国Los Alamos国家重点实验室开发出薄层电极制法 ,电极铂担量降到 0.12mgPt/cm2,印度工作者又将电极铂担量降到0.1 mgPt/cm2,铂利用率增大将近4倍. Taylor及其同事利用电镀法制得PEMFC电极,铂担量降至0.05 mgPt/cm2,但没有报道电池性能。
中国科学院大连化学物理研究所邵志刚等人提出一种新的电极制备方法 ,在薄层催化层电极制备中加入造孔剂,并使用喷涂方法 ,使质子交换膜燃料电池(PEMFC)电极中铂担量降到 0.02mgPt/cm2.与文献方法相比 ,新方法过程简单、成本低、易放大.并通过实验得到电极的最佳组成为:催化剂:造孔剂:Nafion=3:3:1.采用此方法制备的电极 (0.02mgPt/cm2)与Nafion 115膜组装成电池 ,单池工作电压为0.7V时,每毫克铂可产生20A的电流,每千瓦电池组仅需72mgPt .