刘桂成,张 浩,王一拓,王新东

(北京科技大学物理化学系,北京 100083)

人们对直接甲醇燃料电池(DMFC)微孔层和催化层内部成分的含量[1]、膜电极结构[2]及电池运行参数[3]等进行了大量研究,将单体电池功率密度的峰值提高到200 mW/cm2以上[4],但对供料方式的研究较少。供料方式的研究,集中于甲醇浓度[5-6]、流速、氧气压力[5]、流量[6]及电池本身和甲醇溶液预热[5-6]对电池性能的影响,而考察氧气加湿、预热对阴极电催化反应及传质等方面的影响较少。文献中,电池运行时的放置方式各异[7],但本文作者尚未见到对不同放置方式时,重力对甲醇渗透及电池电化学性能影响的研究。

本文作者探讨了阴极氧气加湿、预热对电池性能及物料传质的影响,测试了不同进料方式下电池的输出功率密度、甲醇渗透极限电流密度及交流阻抗,分析了重力的影响。

1 实验

1.1 膜电极组件的制备

将载量为1 mg/cm2的Vulcan XC-72导电炭黑(Cabot公司)、固体载量为0.3 mg/cm2的聚四氟乙烯(PTFE)乳液(广州产,6%)及适量分散剂[异丙醇(国药集团,99.7%)和蒸馏水]混合成的浆料喷涂在经疏水处理[2]的TGP-H-090型碳纸(日本产)上,制备扩散层;以 PtRu黑(4 mg/cm2,英国产,Pt、Ru 物质的量比为 1∶1,92%)、Pt黑(2 mg/cm2,英国产,95%)为阳、阴极催化剂,与 5%Nafion溶液(美国产)和适量分散剂冰浴、超声波处理,制成浆料,用sono-tek膜电极组件(MEA)超声喷涂系统(美国产)喷涂(超声功率为2 W,喷涂速度为0.2 ml/min)到转移介质0.1 mm厚的PTFE薄膜(南京产)上,在80℃下真空(真空度为-0.1 MPa)干燥1 h。将载有催化剂的转移介质置于预处理[8]后的Nafion 115膜(美国产)两侧,以0.6～0.7 MPa的压力在135℃下热压150 s,制成MEA。

1.2 单……

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