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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 电化学 » 化学电源 » 为什么PEMFC的MEA性能这么差呢？
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RON9613

金虫 (小有名气)

[求助] 为什么PEMFC的MEA性能这么差呢？

PEM用的事Nafion-117，阴阳极用的都是憎水处理多的碳纸。电极面积为2.2cm*2.2cm。阴极催化剂为6%PTFE 、20%Pt/C、乙醇和水的混合物，阳极催化剂为5%的Nafion液、20%Pt/C、乙醇和水的混合物。阴阳极Pt/C载量为1.5mg/cm2。热压条件为135℃、160s、0.2MPa。MEA的开路电压最高位0.87V左右，但是电压随着电流密度增加下降的很快，因此功率密度很低。现在不知道问题出哪里，想请各位指教一下哈！

Power Density.jpg



Voltage.jpg
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1楼 2013-04-10 19:44:18
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RON9613

金虫 (小有名气)
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2楼: Originally posted by sehensie at 2013-04-10 20:53:33
从你的曲线来看极化电阻和欧姆电阻偏大，极化电阻建议从催化剂自身活性和涂敷的均匀程度找原因，欧姆电阻建议从MEA压制的操作条件，如压紧力、力分布的均匀性以及碳纸的电导以及膜是否采用适合方式处理找原因。

催化剂用的是标准的20%Pt/C电极，不过以前用过10%的Nafion液，性能会好一点，但是催化剂涂覆的均匀程度应该怎么判断呢？拿去做扫描吗？膜处理是这样的：3%的双氧水煮沸1h，在蒸馏水煮沸1h。至于热压的均匀性又该怎么去判断呢，每次热压完成后感觉MEA都有一定程度的弯曲，每次热压机热压完成后我都是取出来，夹在两块玻璃片之间冷却，这是为了防止此时膜温度过高暴露在空气中易变性，但最后多少都会有一点。呵呵 我自己都晕了
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hq
4楼2013-04-11 08:58:14
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RON9613

金虫 (小有名气)
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3楼: Originally posted by chgyhit at 2013-04-10 21:53:13
阴极用6%的PTFE？你是写错了还是这么做的。而且，燃料电池的电极要在碳纸上负载一层微孔层，然后再做催化层效果比较好。

对的，是6%的PTFE，一直都是这么做的，这个有什么问题吗？Pt/C:6%PTFE:乙醇:蒸馏水的质量比=1:7:3:3。然后从室温一小时烧到350℃随炉冷回室温。碳纸我是向厂家买的，应该是已经负载了微孔层了吧，我的老师也是用的这种碳纸，不过如果没有负载微孔层的话，要怎么负载上去呢？
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hq
5楼2013-04-11 09:10:48
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RON9613

金虫 (小有名气)
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6楼: Originally posted by chgyhit at 2013-04-11 18:40:39
你用PTFE作为催化层的粘结剂本身就不太好，为啥不用nafion呢？还有从厂家买回来的碳纸一般是不会负载微孔层的，你要现在憎水处理的碳纸上负载一层碳材料和PTFE的混合层，然后烧；在在此基础上负载催化层...

我今天看了一下，我买的碳纸已经负载了微孔层了，我阳极用的是Nafion液，不过还没试过阴极也加nafion，是不是因为阴阳极都做过憎水处理了，所以阴极不用加PTFE也不会出现水阻塞的问题？
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hq
7楼2013-04-11 21:05:27
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RON9613

金虫 (小有名气)
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8楼: Originally posted by david404 at 2013-04-12 08:33:17
建议你用211的膜试试，不用处理，直接使用，用水和酸处理以后，效果反而更差。阴极用Nafion溶液，不要用PTFE.

其实我主要不是做催化剂层，我研究的是复合质子交换膜，不是全氟磺酸材料，而是添加了固体酸，现在做这个系列的实验其实主要是相熟悉MEA的制备，只要制备出来的Nafion膜的MEA性能过的去就可以，所以主要还是想再催化剂层方面改进，阴极今天我听了版主的建议用了Nafion液，开路电压确实是上去了，但是功率密度依然很低，最大也只有30mW/cm2，不知道是不是我做的催化剂层没有分散均匀
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hq
10楼2013-04-12 13:39:19
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RON9613

金虫 (小有名气)
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9楼: Originally posted by lhg654 at 2013-04-12 09:40:20
这是实验室一直在做的方向吗？方法也是一直延续下来的吗？是H-O燃料电池吗？还是直接甲醇的？
如果是氢氧的话，那性能就很差了！
在催化层中添加PTFE可能不是一个很好的注意！
从你的I-V曲线来看，在电化学极化区 ...

其实我主要不是做催化剂层，我研究的是复合质子交换膜，不是全氟磺酸材料，而是添加了固体酸，现在做这个系列的实验其实主要是相熟悉MEA的制备，只要制备出来的Nafion膜的MEA性能过的去就可以，所以主要还是想再催化剂层方面改进，阴极今天我听了版主的建议用了Nafion液，开路电压确实是上去了，有0.98v左右，但是功率密度依然很低，最大也只有30mW/cm2，不知道是不是我做的催化剂层没有分散均匀。Nafion膜的处理方法是以前一个老师叫我的，我从文献上看到的基本也是你说的这3个步骤，所以我也挺奇怪的。不过我觉得可能主要还是在气体扩散电极上添加催化剂层这个步骤没有做好，我是先称的Pt/C，然后加入微量的蒸馏水，磨几分钟，然后加入乙醇，磨了几分钟，最后才加入Nafion液，磨几分钟，然后用画笔刷到气体扩散层上去的，不过刷的时候催化剂浆料混容易干掉，所以我会边刷边滴几滴乙醇，还有其实最后会浪费掉不少的催化剂浆料。这些都是以前的老师教的，现在的导师对这方面一窍不通，一般都是自己摸索，
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11楼2013-04-12 13:53:30
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RON9613

金虫 (小有名气)
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9楼: Originally posted by lhg654 at 2013-04-12 09:40:20
这是实验室一直在做的方向吗？方法也是一直延续下来的吗？是H-O燃料电池吗？还是直接甲醇的？
如果是氢氧的话，那性能就很差了！
在催化层中添加PTFE可能不是一个很好的注意！
从你的I-V曲线来看，在电化学极化区 ...

还有就是，如果我的Nafion膜已经经过双氧水煮沸和蒸馏水煮沸，能不能重新在按照你说的步骤煮一边再用？
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12楼2013-04-12 13:55:40
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RON9613

金虫 (小有名气)
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13楼: Originally posted by lhg654 at 2013-04-12 20:32:16
你已经处理过的Nafion膜只需要在用稀硫酸再在80度下煮一下就行，煮完用去离子水清洗几遍，然后放在去离子水里保存即可！
你所说的电极制备方法存在着几个问题：
1.为什么要在Pt/C催化剂里加水？加了水之后，Pt/C的 ...

嗯  谢谢指教！
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hq
15楼2013-04-13 08:48:22
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RON9613

金虫 (小有名气)
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14楼: Originally posted by feeting at 2013-04-12 21:25:49
其实是他催化剂浆料的制备工艺不够好。一般是先催化剂和适量的溶剂（质量比1：100）混合，稍微超声波处理，然后超声波震荡下，滴加Nafion树脂溶液，也有个适当的比例。具体忘了。
刷浆料的时候，可以用玻璃棒滚动 ...

主要是每次做的量比较少，超声处理我怕都浪费在容器壁上，不过溶剂确实像是说的可以选择其他的了，因为乙醇确实不好用
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16楼2013-04-13 08:51:00
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RON9613

金虫 (小有名气)
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18楼: Originally posted by fangyuan1222 at 2013-09-26 16:05:00
先请问一下，你压极片的压片机这么小示数的是什么厂家的？我们最近想买一个。另外，你的阴极应该用nafion溶液

我写的这个压力是指压片机的压力，后来我换算成电极的压力后大概有8MPa左右，上海蓝蔚出产的
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19楼2013-10-01 20:54:08
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