本发明专利技术公开了一种氧还原催化剂的质量活性测试系统和方法。本发明专利技术的质量活性测试系统包括依次连接的一开路电压测量模块和一质量活性数据输出模块；开路电压测量模块，用于测量待测氧还原催化剂的开路电压；质量活性数据输出模块，用于输出待测氧还原催化剂的质量活性数据；其中，质量活性数据输出模块包括质量活性数据转换器，用于根活性组分的质量含量百分比相同的若干氧还原催化剂的开路电压为横坐标与若干所述氧还原催化剂的质量活性为纵坐标拟合的关系式I进行质量活性数据转换。本发明专利技术的氧还原催化剂的质量活性测试系统，能够简单快捷地获得氧还原催化剂的质量活性数据。简单快捷地获得氧还原催化剂的质量活性数据。简单快捷地获得氧还原催化剂的质量活性数据。
【技术实现步骤摘要】
氧还原催化剂的质量活性测试系统和方法
[0001]本专利技术涉及一种氧还原催化剂的质量活性测试系统和方法。
技术介绍
[0002]质子交换膜燃料电池作为一种能量转换装置，具有高转换效率，高功率密度，清洁无污染等特点，是一种非常有发展潜力的能源利用形式。但是在质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应中涉及到多个质子和电子的转移，其阴极动力学要比阳极反应相差6个数量级，缓慢的动力学过程严重阻碍了质子交换膜燃料电池商业化进程的发展。为了应对这一问题，设计和研制出具有高使用寿命、高催化活性的氧还原催化剂是关键。其中，质量活性作为评价氧还原催化剂的核心指标而被人们广泛关注。
[0003]为了确定和评价催化剂的电催化活性，通常有以下两种关键指标。质量活性和比活性。其中，质量活性是通过将电流密度归一化为电催化剂的贵金属负载质量来获得质量活性，在氧还原反应等的反应过程可以作为评估不同电催化材料的固有性能的合理参数。质量活性在很大程度上取决于电催化剂颗粒活性位点的数量。其中，比活性是通过将电流密度归一化到电催化剂的表面积来估算比活性的。由于表面积与表面原子数相关联，而表面原子数可以表示活性位点的实际数目，因此比活性能够反映催化剂的内在活性。
[0004]常用相对应电势下(如0.9V、0.85V等)的质量活性作为测试催化剂的电化学活性，对于Pt基催化剂，一般用电化学活性面积(ECSA)、比活性(SA)、质量活性(MA)来评价催化剂性能的好坏。
[0005][0006]其中Q为氢的吸附电荷；m为工作电极上Pt的质量，S为循环伏安曲线中氢脱附区的积分面积；v为测试扫描速度；210为常数。
[0007]根据Koutecky
‑
Levich方程计算动力学电流密度j
k
。
[0008][0009]其中j为实验测得电流密度，jL为极限扩散电流密度。
[0010]比活性的计算公式为：
[0011][0012]质量活性的计算公式为：
[0013][0014]其中m指的是工作电极上Pt的负载量。
[0015]对于上述测定方法，需要通过复杂冗长的数据处理过程才能够获得质量活性信
息。该现状亟待解决。
技术实现思路
[0016]本专利技术的目的为了解决现有技术中需要通过复杂冗长的数据处理过程来确定催化剂的质量活性等技术问题，提供了一种新的氧还原催化剂的质量活性测试系统和方法。本专利技术的方法适用于涉及电催化领域的各类电化学反应，准确度高，简单快捷。
[0017]目前现有技术在电化学和电催化测试中，氧还原催化剂的质量活性其往往要通过复杂繁琐的数据处理过程之后才能确定，其花费的精力和时间均较多。专利技术人通过研究大量的实验数据发现开路电压和质量活性之间存在着一一对应的关系，质量活性高的催化剂其开路电压较高，反之也成立。因此，专利技术人想到将两个电化学性能参数关联起来，以节约时间和简化获得氧还原催化剂的质量活性的处理过程。目前还尚未有研究人员提出过开路电压和催化剂质量活性之间的关系。
[0018]专利技术人发现，通过本专利技术的方法获得的质量活性的相对误差在0
‑
16.2％之间，其可靠性和准确性都很高。本领域技术人员知晓，本领域内其相对误差在16.2％以内属于准确度较高的范围。专利技术人认为，依靠现有的电化学数据开路电压对催化剂的电催化活性做一个测试和预测是具有非常重要的意义，通过测量催化剂的不同开路电压，可以确定该催化剂的质量活性，并有助于研究人员进行更深一步的研究，比如，通过本专利技术的方法来预测和判断氧还原催化剂的催化活性，便于快速筛选高活性催化剂，有利于后续将催化剂组装到燃料电池单电池中，进行更进一步的性能测试。
[0019]本专利技术提供一种氧还原催化剂的质量活性测试系统，其包括依次连接的一开路电压测量模块和一质量活性数据输出模块；
[0020]所述开路电压测量模块，用于测量待测氧还原催化剂的开路电压；
[0021]所述质量活性数据输出模块，用于输出所述待测氧还原催化剂的质量活性数据；其中，所述质量活性数据输出模块包括质量活性数据转换器，用于根据活性组分的质量含量百分比相同的若干氧还原催化剂的开路电压为横坐标与若干所述氧还原催化剂的质量活性为纵坐标拟合的关系式I进行质量活性数据转换；所述待测氧还原催化剂的活性组分的质量含量与拟合所述关系式I中的氧还原催化剂的活性组分的质量含量相等。
[0022]本领域技术人员知晓，所述氧还原催化剂的活性组分的质量含量是指所述活性组分的质量占所述氧还原催化剂的总质量的比值。
[0023]本专利技术中，所述开路电压测量模块为本领域常规使用的可以测量氧还原催化剂开路电压的设备，例如含三电极体系和电化学工作站。
[0024]其中，本领域技术人员知晓，所述三电极体系一般包括：玻碳电极作为工作电极，碳棒作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，电解质溶液为高氯酸水溶液；其中，所述待测氧还原催化剂在所述工作电极上成膜，较佳地为在所述玻碳电极上成膜；其中，所述高氯酸水溶液的浓度较佳地为0.1mol/L。其中，所述高氯酸水溶液的pH较佳地为1。
[0025]其中，所述工作电极较佳地为旋转圆盘电极。本领域技术人员知晓，所述旋转圆盘电极是指为了研究电极表面电流密度的分布情况、减少或消除扩散层等因素的影响；电化学研究人员通过对比各种电极和搅拌的方式，而开发出来的一种高速旋转的电极。所述旋转圆盘电极的端面像一个盘。
[0026]其中，本领域技术人员知晓，所述成膜的材料一般为包含所述待测氧还原催化剂的催化剂浆料。所述催化剂浆料一般还包括Nafion溶液和溶剂。所述Nafion溶液是指全氟磺酸
‑
聚四氟乙烯共聚物溶液，所述Nafion溶液的质量浓度可以为2～20wt％，例如为5wt％或20wt％。所述Nafion溶液的获得可通过市场销售获得。在市售的所述Nafion溶液中，当所述Nafion溶液的质量浓度为5％时，其含水量一般为45％；当所述Nafion溶液的质量浓度为20％，其含水量一般为34％。wt％是指Nafion溶液中Nafion的质量百分比。所述溶剂可为本领域常规，为异丙醇和/或乙醇。所述催化剂浆料的状态较佳地为分散状态，更佳地为均匀分散状态。所述获得分散状态的方式较佳的为采用超声机超声。
[0027]其中，所述电化学工作站可为本领域常规的电化学工作站，例如为科思特CS350电化学工作站。
[0028]一般来讲，所述开路电压测量模块在测量时，启动所述三电极系统和所述电化学工作站，经过线性伏安扫描获得LSV数据图，当电路中电流等于0时所对应的电势，即为所述氧还原催化剂的开路电压。
[0029]本专利技术中，所述氧还原催化剂较佳地为铂基催化剂，例如为铂黑催化剂、铂碳催化剂、铂锰催化剂、铂钴催化剂、铂镍催化剂、铂铁催化剂和铂铜催化剂中的一种或多种；所述铂基催化剂中铂的质量含量可为5％～20％，较佳地为20％。所述质量含量是指所述铂基催化剂中铂的质量百分比。本领域技术人员本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氧还原催化剂的质量活性测试系统，其特征在于，其包括依次连接的一开路电压测量模块和一质量活性数据输出模块；所述开路电压测量模块，用于测量待测氧还原催化剂的开路电压；所述质量活性数据输出模块，用于输出所述待测氧还原催化剂的质量活性数据；其中，所述质量活性数据输出模块包括质量活性数据转换器，用于根据活性组分的质量含量百分比相同的若干氧还原催化剂的开路电压为横坐标与若干所述氧还原催化剂的质量活性为纵坐标拟合的关系式I进行质量活性数据转换；所述待测氧还原催化剂的活性组分的质量含量与拟合所述关系式I中的氧还原催化剂的活性组分的质量含量相等。2.如权利要求1所述的氧还原催化剂的质量活性测试系统，其特征在于，所述开路电压测量模块含三电极体系和电化学工作站。3.如权利要求2所述的氧还原催化剂的质量活性测试系统，其特征在于，所述三电极体系包括：玻碳电极作为工作电极，碳棒作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，电解质溶液为高氯酸水溶液；所述待测氧还原催化剂在所述工作电极上成膜；其中，所述高氯酸水溶液的浓度较佳地为0.1mol/L；其中，所述工作电极较佳地为旋转圆盘电极；其中，所述成膜的材料较佳地为包含所述待测氧还原催化剂的催化剂浆料；所述催化剂浆料较佳地还包括Nafion溶液和溶剂；和/或，所述电化学工作站为科思特CS350电化学工作站。4.如权利要求2所述的氧还原催化剂的质量活性测试系统，其特征在于，所述开路电压测量模块在测量时，启动所述三电极系统和所述电化学工作站，经过线性伏安扫描获得LSV数据图，当电路中电流等于0时所对应的电势，即为所述氧还原催化剂的开路电压。5.如权利要求1所述的氧还原催化剂的质量活性测试系统，其特征在于，所述氧还原催化剂为铂基催化剂，例如为铂黑催化剂、铂碳催化剂、铂锰催化剂、铂钴催化剂、铂镍催化剂、铂铁催化剂和铂铜催化剂中的一种或多种；所述铂基催化剂中铂的质量含量较佳地为5％～20％，更佳地为20％。6.如权利要求1所述的氧还原催化剂的质量活性测试系统，其特征在于，所述质量活性数据输出模块为集成有质量活性数据转换与输出功能的控制芯片形式；所述质量活性数据较佳地为通过将原始电化学数据的电流密度归一化为所述氧还原催化剂的负载质量来获得。7.如权利要求1所述的氧还原催化剂的质量活性测试系统，其特征在于，所述关系式I为，y＝
‑
13759603.0871582x6+77703708.5486298x5‑
【专利技术属性】
技术研发人员：姜海波，李春忠，陆吉源，毕皪元，余盛伟，谢翔，孙雪，张丽丽，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。