二氧化钌提高铂催化剂动态响应性能
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量效率高、功率密度高、无液体电解质腐蚀、可低温快速启动和结构紧凑等优点, 在电动汽车、地面发电站、水下潜艇和通讯电源等方面具有广阔的应用前景.
随着研究和示范应用的深入,PEMFC存在的缺点不断暴露出来, 除了成本、寿命和环境适应性外, 另一个人们无法忽略的就是动态响应问题. 因为PEMFC输出电能是一个电化学反应、气体传递、质子传递和电子传导过程的串联, 气体和质子传递速度远低于电子传导速度. 当负载需要瞬间大电流(如汽车的启动和加速、通讯电源的启动、脉冲负载等)时, 催化剂表面处于欠气(或质子)状态. 具体表现就是输出功率瞬间加大时, PEMFC电压突然大幅度降低, 甚至出现负值(反极), 导致膜电极材料和结构受损, 降低膜电极的性能和寿命.
大连交通大学环境与化学工程学院徐洪峰等人通过溶胶混合法将超级电容器材料RuO2负载到Pt/C上, 制成了Pt/C-RuO2催化剂, 并用这种催化剂组装成质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池, 测试了其循环伏安曲线和多电位阶跃计时电流. 结果表明, 加入RuO2之后, 催化剂的双电层电容明显增大. 单电池的放电曲线测试结果表明,在加入少量RuO2(w≤ 8%)的情况下, 单电池的性能略有降低. 通过单电池在不同电流下电压动态响应和对脉冲电流的动态响应测试, 表明在加入RuO2之后, 单电池电压的瞬间衰减明显减缓. 这说明RuO2具有在瞬间加大电流负载时缓冲电池电压的作用, 即以Pt/C-RuO2为催化剂的PEMFC单电池的动态响应性能大幅度提高.