酸处理的碳作为阳极电催化剂用于直接抗坏血酸碱性膜燃料电池(英文)

作     者：陈禾木 邱晨曦 丛媛媛 刘会园 翟梓会 宋玉江 CHEN He-mu;QIU Chen-xi;CONG Yuan-yuan;LIU Hui-yuan;ZHAI Zi-hui;SONG Yu-jiang

作者机构：大连理工大学精细化工国家重点实验室&电化学工程实验室化工学院辽宁大连116024 中国科学院大连化物所辽宁大连116023 

出 版 物：《电化学》 (Journal of Electrochemistry)

年 卷 期：2018年第24卷第6期

页      面：748-756页

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：supported by National Key Research & Development Program of China (Gran No.2016YFB0101307) National Natural Science Fund of China (Grant Nos.21003114,21103163,21306188,21373211,and 21306187) Liaoning BaiQianWan Talents Program (Grant No.201519) Program fo 

主　　题：直接碱性抗坏血酸燃料电池 碳 阳极电催化剂 活化能 酸处理 

摘      要：为改善电催化活性和亲水性,作者对商业碳黑(BP2000)进行了酸处理,获得了酸处理碳(ATC).通过X光电子能谱、红外光谱、热重和接触角测试的表征方法证明了酸处理在碳表面产生了丰富的含氧基团.本文首次利用紫外可见光谱测试了碱性条件抗坏血酸(AA)在空气中的化学氧化活化能,结果为37.1 kJ·mol^(-1).另外,利用交流阻抗谱对碱性条件下ATC作为电催化剂时AA的氧化反应的活化能进行了评价.碱性条件下,AA在单电池中有无ATC电催化剂层条件下的活化能分别为26.5和34.5 kJ·mol^(-1),活化能的降低表明ATC是一种有效的阳极电催化剂.作者将ATC应用于直接碱性膜AA燃料电池(DAAFCs)作为阳极电催化剂,并且对DAAFC中一系列参数进行了优化,包括催化剂在膜(CCM)或气体扩散层(CDM)上的喷涂方法、阳极电催化剂的载量、阳极电催化剂中碱性聚合物的比例.结果表明,采用CCM的膜电极制备方法、0.5 mg·cm^(-2)的ATC载量、25wt%的碱性聚合物添加比例时,DAAFCs单池的功率密度可达18.5 mW·cm^(-2),远高于使用商品PtRu/C(5 mW·cm^(-2))做阳极电催化剂的单池.在寿命测试中,使用溶解于1 mol·L^(-1)NaOH水溶液中的0.5 mol·L^(-1) AA作为燃料(流速15 m L·min^(-1)),DAAFCs单池的功率密度可以在25 min内维持在4 mW·cm^(-2)以上(75°C).