本发明专利技术公开了一种提高质子交换膜燃料电池阴阳极表面催化剂稳定性的方法，基于“外加电场提高电池寿命”理论成果，有针对性的设计了场源和电场分布方式，依靠更具有指向性的电场力降低催化剂的脱离速度和膜的老化速率，抑制催化剂的金属溶出过程，稳定质子传递路径，显著提高膜电极寿命。本发明专利技术的质子交换膜燃料电池在固定储能、风光互补、动力驱动等能源领域具有较大潜力。域具有较大潜力。域具有较大潜力。
【技术实现步骤摘要】
一种提高质子交换膜燃料电池阴阳极表面催化剂稳定性的方法
[0001]本专利技术属于燃料电池领域，具体涉及到一种提高质子交换膜燃料电池阴阳极表面催化剂稳定性的方法。
技术介绍
[0002]电场学是质子交换膜燃料电池在技术开发中较少涉及的领域，而外加电场及其相关技术更是罕见报道，仅有的几篇专利技术专利如下：郭建国等发现外加电场能够提升交换膜内质子扩散速率，降低膜内短路电流(CN 101540409)，并进一步完善了器件结构(CN 103208641)。
[0003]王广军等利用外加电场提高催化剂反应速率(CN 104882619)；陈海辉等构建了电场增强式反应单元，扩大了电极反应界面(CN 104868148)；陈庆等利用交变电场加热燃料电池，提升电池冷启动速率(109148912)。
[0004]但是，目前，报道主要针对外加电场对电池功率密度的影响。
技术实现思路
[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种提高质子交换膜燃料电池阴阳极表面催化剂稳定性的方法，包括，
[0008]施加与质子交换膜燃料电池内电场方向相同的外加电场，提高电池内阴、阳极表面催化剂的稳定性。
[0009]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：所述质子交换膜燃料电池包括，
[0010]膜电极、场电极和气体扩散层；其中，
[0011]所述膜电极由质子交换膜、阴极催化层和阳极催化层构成；
[0012]所述场电极由控直流电源、阴极场电极、阳极场电极构成，所述阴极场电极与可控直流电源正极相连，阳极场电极与可控直流电源负极相连；
[0013]所述膜电极和气体扩散层置于阴极场电极和阳极场电极中心；
[0014]所述阴极催化层和阴极场电极在同侧，阳极催化层和阳极场电极在同侧，阴极场电极和阳极场电极累加厚度与膜电极和气体扩散层累加厚度相同。
[0015]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：所述阴极场电极和阳极场电极均由导电层、隔离层构成。
[0016]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：施加外电场包括，
[0017]控制可控直流电源的电压施加外加电场；
[0018]其中，电压值V由膜电极的耐受场密度P、阴极催化层的面积S、阴极场电极和阳极场电极的间距L、修正系数k共同决定，其关系为：V＝L
×
S/P
×
k；
[0019]其中，电压值V限定在0V以上，间距L需小于1cm，面积不大于100m2，修正系数k范围为0～1。
[0020]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：所述施加外电场还包括，
[0021]外加电场与电池放电同步开始，若电池休息时间小于10h，则在休息时继续持续施加外加电场；
[0022]若电池休息时间大于10h，则在下次电池放电前先施加1～3h的外加电场；
[0023]当电池功率密度衰减到10％以下时停止施加外加电场。
[0024]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：所述质子交换膜为Nafion膜、PBI膜、POP膜中的一种或几种。
[0025]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：所述阴极催化层(102)和阳极催化层(103)为铂碳催化剂、铁碳催化剂、氮碳催化剂中的一种或几种，其中，铂碳催化剂中铂的质量分数为0.1
‑
40wt.％，铁碳催化剂铁的质量分数为0.1
‑
20wt.％，氮碳催化剂中氮的质量分数为0.1
‑
20wt.％。
[0026]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：所述导电层为铜箔、铁箔、铝箔、钛箔、铅箔中的一种或几种。
[0027]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：所述隔离层为绝缘橡胶垫、绝缘塑料垫、绝缘胶带中的一种或几种。
[0028]作为本专利技术所述方法的一种优选方案，其中：所述气体扩散层为碳纸、碳布、碳毡中的一种或几种。
[0029]本专利技术有益效果：
[0030](1)本专利技术有针对性设计了场源和电场分布方式，依靠更具有指向性的电场力降低催化剂的脱离速度和膜的老化速率，抑制催化剂的金属溶出过程，稳定质子传递路径，显著提高膜电极寿命。
[0031](2)本专利技术的质子交换膜燃料电池在固定储能、风光互补、动力驱动等能源领域具有较大潜力。
[0032](3)本专利技术针对质子交换膜燃料电池的寿命提出独特的电场施加方式，所得质子交换膜燃料电池寿命显著提升。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0034]图1为本专利技术实施例中交换膜燃料电池结构示意图。
[0035]图2为本专利技术实施例中场电极结构示意图。
[0036]图3为本专利技术实施例中不同电场方向下氧还原反应的线性扫描曲线图；其中，a为施加与反应电场相反的外加电场，b为施加与反应电场相同的外加电场。
[0037]图4为本专利技术实施例中不同电场方向下氢氧化反应的线性扫描曲线图；其中，a为施加与反应电场相反的外加电场，b为施加与反应电场相同的外加电场。
具体实施方式
[0038]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0039]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0040]其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0041]实施例1
[0042]本实施例提供一种提高质子交换膜燃料电池阴阳极表面催化剂稳定性的方法，主要步骤：
[0043](1)组装质子交换膜燃料电池：参照图1和图2，具体地，电池由膜电极100、场电极200和气体扩散层300构成，装配压力为4MPa；
[0044]所述膜电极100由Nafion膜101、阴极铂碳催化层(铂的质量分数为20wt.％)102、阳极铂碳催化层(铂的质量分数为20wt.％)1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高质子交换膜燃料电池阴阳极表面催化剂稳定性的方法，其特征在于：包括，施加与质子交换膜燃料电池内电场方向相同的外加电场，提高电池内阴、阳极表面催化剂的稳定性。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述质子交换膜燃料电池包括，膜电极(100)、场电极(200)和气体扩散层(300)；其中，所述膜电极(100)由质子交换膜(101)、阴极催化层(102)和阳极催化层(103)构成；所述场电极(200)由控直流电源(201)、阴极场电极(202)、阳极场电极(203)构成，所述阴极场电极(202)与可控直流电源(201)正极相连，阳极场电极(203)与可控直流电源(201)负极相连；所述膜电极(100)和气体扩散层(300)置于阴极场电极(202)和阳极场电极(203)中心；所述阴极催化层(102)和阴极场电极(202)在同侧，阳极催化层(103)和阳极场电极(203)在同侧，阴极场电极(202)和阳极场电极(203)累加厚度与膜电极(100)和气体扩散层(200)累加厚度相同。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述阴极场电极(202)和阳极场电极(203)均由导电层(2021)、隔离层(2022)构成。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：施加外电场包括，控制可控直流电源(201)的电压施加外加电场；其中，电压值V由膜电极(100)的耐受场密度P、阴极催化层(102)的面积S、阴极场电极(202)和阳极场电极(203)的间距L、修正系数k共...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐维林，包金鹏，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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