抑制质子交换膜燃料电池负差效应的MnO_2-Pt/C复合电极  

MnO_2-Pt/C COMPOSITE ELECTRODE FOR RESTRAINING VOLTAGE REVERSAL EFFECT OF POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE FUEL CELLS

作　　者：魏子栋[1] 洪燕[1] 李兰兰[1] 李莉[1] 朱伟[1] 孙才新[2] 

机构地区：[1]重庆大学化学化工学院,重庆400044 [2]电气工程学院

出　　处：《化工学报》2004年第S1期220-224,共5页CIESC Journal

基　　金：国家自然科学基金(No.20176066;20376088)

摘　　要：质子交换膜燃料电池(PEMFC)正极产生的水如不能及时排除,大量的积水将淹没催化层,使得氧气不能进入催化层得到电子还原为氢氧根,取而代之的是氢离子得到电子被还原为氢气,使正极电位低于负极电位(无论负极是氢还是甲醇的氧化),从而使单电池的输出电压为负,对整个电池组产生“负差效应”。针对这种情况,在传统正极催化剂Pt/C中添加了MnO_2制成MnO_2-Pt/C复合电极,希望在缺氧的时候与氧还原反应(ORR)有着相近电位的MnO_2能吸收来自外电路的电子,完成正极上的还原反应,消除负差效应。通过用N_2和O_2分别饱和的1 mol·L^(-1)H_2SO_4来模拟缺氧和富氧情况下的MnO_2-Pt/C和Pt/C电极的电化学性能,证实含有MnO_2的MnO_2-Pt/C复合电极对PEMFC由于正极缺氧所导致的负差效应有抑制作用;在PEMFC中采用MnO_2-Pt/C正极复合电极,在缺氧的情形下,即N_2饱和的1 mol·L^(-1)H_2SO_4中,负载1mg Pt·cm^(-2)的Pt/C电极电流趋于0,而负载0.5 mg Pt·cm^(-2)和2.5 mg MnO_2·cm^(-2)的MnO_2-Pt/C复合电极借助MnO_2自身的电化学还原反应,能够维持0.35 mA·cm^(-2)稳定的还原电流,从而避免了Pt/C正极抑制因质子H^+还原所造成的正极电位下降;在富氧的情形下,MnO_2不仅不影响Pt对ORR的催化效果,而且还有协同催化ORR的作用。为克服质子交换膜燃料电池因正极积水、缺氧而导致的负差效应,提供了一种化学的解决方案。Water is always produced at the cathode of polymer electrolyte membrane fuel cells(PEMFC).If water were not removed timely, it would accumulate at the cathode of PEMFC and further flood the cathode. With water accumulation and the cathode flooded, oxygen starvation, and even oxygen depletion would occur at the cathode. In this case, protons H^+ reduction reaction (PRR) carries on at the cathode of PEMFC rather than oxygen reduction reaction(ORR). It would cause a remarkable decline of cathode potential as O...

关 键 词：电催化 氧电极 二氧化锰 质子交换膜燃料电池 

分 类 号：TM911.4[电气工程—电力电子与电力传动]