高性能高功率密度质子交换膜燃料电池膜电极的制备与研究

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2、fortheDegreeofMasterCandidate：ChiBinSupervisor：Prof.LiaoShijunSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：O64学校代号：10561学号：201520118286华南理工大学硕士学位论文高性能高功率密度质子交换膜燃料电池膜电极的制备与研究作者姓名：池滨指导教师姓名、职称：廖世军教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：应用化学研究方向：质子交换膜燃料电池膜电极的研究论文提交日期：2018年4月25日论文

3、答辩日期：2018年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：张震委员：廖世军邹长伟安小宁曾建皇翡単¥I酪秦秦■僻γTlrf13当単艶J¥YV夏単鰭尊百明:胎ひttγYΨ摯r音艶期計`彰合取土下黎影控彫鰭進彰明控彫筆音。制x■中針ぎ「γ目率て翠1倉日明黎幸ひ軍`可りざ聯Y↓筆彰脅理¥彫半筆誰明彗筆音勒習Ψ軍~fpCD立明Y↓呼彰。.Ⅸ明控彫711聯軍董脚単`彰解理摯軍中て峻艶¥翠聾胎Yy°γ↓早浄vに薫明胎沼彰ヨ音甲YΨ研喜°効昇爾ノ11列1ク:矛日:飾てれけ式クビ

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7、，越来越多的科研人员聚焦在PEMFC中，也在这个领域取得了越来越多的成果。膜电极（MEA）是PEMFC的核心部分，MEA性能的好坏直接决定了PEMFC性能的好坏。MEA主要包括质子交换膜（PEM）、阴极催化层（CaCL）、阳极催化层（AnCL）、阴极气体扩散层（CaGDL）和阳极气体扩散层（AnCL）五部分，通常把这种MEA称之为“五合一”MEA。有时候又将气体扩散层分为碳纸（CP）和微孔层（MPL），对于这种MEA称之为“七合一”MEA。MEA的这几个部分对MEA的性能都有很重要的影响，每个部件都是不可或缺。而MEA

8、中催化层是整个PEMFC发生化学反应，将化学能转化成电能的场所，所以催化层的作用也是不言而喻。氢气在阳极催化层中经氧化反应变成质子和电子，这部分反应比较容易发生，而且在阳极中没有过多的副产物产生以致影响阳极催化层的反应速率和催化剂活性；而在阴极催化层中，涉及氧气分子的还原反应，氧气分子和阳极转移过来的质子和电子在催化剂的作用下反应生成水。阴极氧气的还原反应要比阳极的反应要复杂，并且伴随有副产物水的产生。所以阴极催化层的制备与设计比阳极催化层面临的困难和挑战更多，首先是阴极水管理问题，阴极容易发生水淹现象，水淹会导致阴极

9、催化剂活性降低以及气体扩散孔道被堵塞。而另一个问题是阴极催化层中氧气的还原比较困难，催化剂的利用率比较低。针对这些问题，本论文的研究也主要集中在MEA阴极催化层的设计和构筑方面。本论文主要是通过对阴极催化层的研究与探索，制备了具有高性能高功率密度的质子交换膜燃料电池膜电极，有效地提升了MEA的性能，对PEMFC的商业化具有非常重要