Nafion晶须支撑铂纳米线催化剂有序PEM燃料电池膜电极

耐久性低和成本高是限制质子交换膜燃料电池技术发展的主要瓶颈，本项目拟采用电场和磁场辅助技术制备Nafion纳米晶须负载铂纳米线催化剂的膜电极，增大电解质与催化剂的有效接触面积，促进电化学反应过程中质子和电子传递，以提高催化剂的活性，降低单位发电功率的铂用量；同时，摒弃不耐腐蚀的炭载体，提升膜电极的抗氧化性，进而提高燃料电池的耐久性。研究有序的催化层内气体和水传递机理，解决燃料电池有效的水管理问题，为燃料电池稳定运行提供基础理论。

研究了电场或磁场辅助下制备有序化电极。首先制备含有磁性纳米颗粒的电极，然后充磁处理，比较了不同担载量的磁性粒子，不同磁场强度处理下PEMFC的性能。结果表明磁性电极具有较高的双电层电容和较低的电荷传输阻力，氧气的扩散系数和传质系数也都有所提高。当Nd2Fe14B/C的负载量为0.40mg cm-2时，PEMFC的放电电流与不含磁性材料电极相比提高39.874% ( 2V）。 . 研究了作条件下提高电极的耐久性和寿命。 动态条件下PEMFC的性能极大地影响电池的耐久性和可靠性。改善PEMFC的动态性能是提高燃料电池的使用寿命的关键。首先利用溶胶凝胶方法制备了粒径大约为8nm的RuO2•xH2O，然后将其喷涂至催化层上，制备了10单池的PEMFC电池堆。比较了不同负载或操作条件下（气空比，相对湿度等），含有RuO2和不含RuO2层MEA的动态响应差别明显。当气空比和相对湿度减小或负载增大时，响应都会变慢甚至出现反极，但是有RuO2•xH2O层MEA 能大大缓解反极现象，提高响应速率。. 电纺制备海绵状高保湿Nafion膜,研究了助剂（PAN和PVP)，电压和溶剂等对制备高含量的Nafion海绵状膜的影响。结果表明该膜在较高温度时具有较好的质子导率和保湿性。我们还利用凯尔文定理解释了其保水机理。. 炭载体的腐蚀会导致Pt颗粒从炭载体表面脱落，加剧了Pt的流失和团聚。采用Nafion作为催化剂载体，可以避免载体炭腐蚀导致的催化剂性能衰减，还可以提高Pt的利用率，提高催化剂性能。我们分别利用直接沉积还原法（雷尼镍为模板）和化学沉积法（利用浓度差）制备了Pt/Nafion催化剂。特别是后者，利用我们自制的U型管，成功地制备了Pt/Nafion 催化剂，电池的寿命和耐久性都有明显提高。