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原文传递测量燃料电池催化层中碳载体对氧气传质影响特征的方法

专利名称：	测量燃料电池催化层中碳载体对氧气传质影响特征的方法
摘要：	本发明公开了一种测量燃料电池催化层中碳载体对氧气传质的影响特征的方法。本方法选择不同物理化学特性的碳载体颗粒作为研究对象，利用双层膜电极结构，结合法拉第定律、菲克定律和线性回归法，测量得到催化层内的体相传质阻力和局域传质阻力，实现对不同碳载体制备的催化层内氧气传质特性的定量研究，可以帮助指导碳载体的设计与制备。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海交通大学
发明人：	章俊良;程晓静;闫晓晖;沈水云;夏国锋;殷洁炜;王超;朱凤鹃
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910858812.2
公开号：	CN110632153A
代理机构：	上海汉声知识产权代理有限公司
代理人：	胡晶
分类号：	G01N27/406(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	200240 上海市闵行区东川路800号
主权项：	1.一种测量燃料电池催化层中碳载体对氧气传质的影响特征的方法，所述方法包括如下步骤： S1、选取一种碳载体作为研究对象； S2、在所述碳载体表面负载催化剂金属，得到催化剂颗粒； S3、使用步骤S2中所述催化剂颗粒分别制成阴极催化剂浆料和阳极催化剂浆料，在质子交换膜的两侧制备阴极催化层和阳极催化层；使用步骤S1所述碳载体在阴极催化层上制备类催化层，得到双层膜电极； S4、检测所述双层膜电极的极限电流密度ilim，利用法拉第定律和菲克定律计算得到双层膜电极的阴极总传质阻力Rtotal； S5、根据下式计算得到催化层内的体相传质阻力和局域传质阻力，即步骤S1中所述碳载体对氧气传质阻力的影响特征： Rtotal＝h·rBulk+RLocal+RCH+RGDL，其中，rBulk为类催化层单位厚度上的体相传质阻力，h为类催化层厚度，RLocal为局域传质阻力，RCH为流场内的传质阻力，RGDL为扩散层内的传质阻力。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中所述负载方法选自超声法、溶胶凝胶法、电化学沉积法和磁控溅射法中的一种。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中所述催化剂金属选自铂、镁、镍、钯、铜、铁、铷、钴和钙中的至少一种。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述阴极催化层厚度为类催化层厚度的2％-20％。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述类催化层内部微孔结构与催化层内部微孔结构一致。 6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3具体包括如下步骤： A1、分别将所述催化剂颗粒、粘结剂和分散溶剂混合，搅拌分散，分别制得阴极催化层浆料和阳极催化层浆料； A2、将所述碳载体、粘结剂和分散溶剂混合，搅拌分散，得到阴极类催化层浆料； A3、将阴极催化层浆料喷涂于质子交换膜一侧，干燥后得到阴极催化层；将阴极类催化层浆料喷涂于阴极催化层表面，干燥后得到阴极类催化层； A4、将阳极催化层浆料喷涂于质子交换膜另一侧，干燥后得到阳极催化层；即得所述双层膜电极。 7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，阴极总传质阻力Rtotal是利用公式(1)计算得到：其中，F是法拉第常数，是空气中的氧气摩尔浓度。 8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，公式(4)是通过如下步骤获得： B1、所述阴极总传质阻力Rtotal分解为流场内的传质阻力RCH、扩散层内的传质阻力RGDL、类催化层内的传质阻力RDCL和阴极催化层内的传质阻力RCCL；如公式(2)所示： Rtotal＝RDCL+RCCL+RCH+RGDL (2)； B2、所述类催化层内的体相传质阻力与类催化层厚度成正比，得公式(3)： Rtotal＝h·rBulk+RCCL+RCH+RGDL (3)； B3、阴极催化层内的传质阻力RCCL为催化层内的体相传质阻力RBulk和局域传质阻力RLocal之和，由于类催化层中的体相传质阻力远大于催化层中的体相传质阻力,可忽略后者，即得公式(4)： Rtotal＝h·rBulk+RLocal+RCH+RGDL (4)。
所属类别：	发明专利