超声前处理时间对铂碳催化剂电化学活性影响
膜电极集合体(MEA)是燃料电池的核心,由阳极扩散层、阳极催化层、聚合物电解质膜、阴极催化层和阴极扩散层组成.其中催化层是发生电化学氧化或者还原反应的场所,应具有良好的传输质子、电子、反应物及产物通道.其多重功能的有效实现取决于电极材料和电极制备工艺的发展,将直接影响燃料电池性能.目前国内外各研究机构都将有效利用和提高电极催化剂活性视为提高燃料电池性能的首要措施,寄望于开发催化活性高、抗毒化能力强、导电性能好、稳定性能好的新型电催化剂.
然而, 由于电极制备过程的复杂性, 任何一个环节都可直接影响电催化剂和MEA的性能.Song等比较了常规电极和薄层转压电极的制备方法, 发现常规电极制备方法过程简单, 对电极材料(如电催化剂和Nafion®膜)本身的性能影响小; 但薄层转压方法制备过程涉及步骤多, 对电极材料物性的影响较大, 它改变了阳极PtRu黑催化剂的合金表面组成及其表面物种的状态, 增大了阴极Pt黑催化剂的粒径.
Wang等研究了Nafion的聚集状态对直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极性能的影响, 发现在Nafion溶液中加入NaOH, 使得Nafion钠型化, 可提高阴极Pt/C催化剂的电化学表面积(ESA)以及DMFC的性能.
中山大学化学与化学工程学院王毅等人研究了催化剂浆液分散时间和分散剂等制备条件对Pt/C催化剂电化学活性的影响. 结果表明, 催化剂浆液的超声振荡时间和分散剂对Pt/C催化剂性能影响很大.当超声分散10 min时, 对应的电化学性能最好; 低于10 min时, 催化剂的分散不够完全, 性能较差; 超声分散时间过长, 则由于浆液温度升高使得样品颗粒团聚长大, 导致Pt/C电化学催化能下降. 在所考察的分散剂以乙醇分散制得的催化剂浆液对应的Pt/C电化学面积较大, 其相应的氧还原反应活性较高. 这可能是由于乙醇的极性和粘度系数小, 以及超声过程中浆液温度较低等共同作用所致.