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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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hq
1楼 2013-04-10 19:44:18
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lhg654

银虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★
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RON9613: 金币+3 2013-04-12 13:42:07
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，电池的电压下降很快，可以说明电极的三相界面做的不好，这个可以从调整Nafion与Pt/C的比例着手改善；
在欧姆极化区的电压也下降很快（你可以看看别人的文章），这个可能是由于各部件的接触不好，或者是你的制备工艺不行所造成的。
再一个，你的Nafion膜处理的方式不对，从你的开路电压可以看得出。正确的是：先要在双氧水中煮一个小时（去掉有机物），清洗后，再要在稀硫酸中煮一个小时（让Nafion膜充分质子化，很有可能是你的Nafion被重金属离子污染，导致电池性能下降过快）
总之，这个性能很差，如果刚开始做的话，还有很多因素还需摸索！加油！
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MultilayerThinFilms
9楼2013-04-12 09:40:20
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sehensie

银虫 (小有名气)

【答案】应助回帖

★ ★
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RON9613: 金币+2, ★有帮助 2013-04-11 08:45:11
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。
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2楼2013-04-10 20:53:33
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chgyhit

铁杆木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

★ ★
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RON9613: 金币+2 2013-04-11 09:10:56
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。
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3楼2013-04-10 21:53:13
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RON9613

金虫 (小有名气)
引用回帖:
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)
引用回帖:
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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hq
11楼2013-04-12 13:53:30
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RON9613

金虫 (小有名气)
引用回帖:
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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chgyhit

铁杆木虫 (著名写手)
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5楼: Originally posted by RON9613 at 2013-04-11 09:10:48
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 ...

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
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6楼2013-04-11 18:40:39
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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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david404

金虫 (正式写手)

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★
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RON9613: 金币+1 2013-04-12 13:34:42
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.
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8楼2013-04-12 08:33:17
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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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