校企合作毕业设计

刻蚀石墨化碳造孔及对燃料电池催化剂性能的影响

能源与动力工程

资助企业: 上海唐锋能源科技有限公司

企业导师: 吴爱明

指导教师: 章俊良

项目成员: 田艾平、关茗泽

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项目简介

项目概述

近年来,绿色能源技术快速发展,燃料电池作为一种清洁的能源装置备受关注,因其高效的能量转化特性成为新能源领域的研究热点。然而,高成本和耐久性不足仍然是制约燃料电池商业化的两大瓶颈问题。其中催化剂碳载体在长期运行中面临氧化腐蚀和结构坍塌问题,严重影响了其催化活性和耐久性。本项目以刻蚀石墨化碳材料为研究核心,通过化学刻蚀和气相刻蚀两种方法,开发兼具高比表面积和高耐腐蚀性的多孔石墨化碳材料,为提升燃料电池催化剂性能和耐久性提供了新的解决方案。


项目目标

以刻蚀石墨化碳材料为研究核心,开发兼具高比表面积和高耐腐蚀性的多孔石墨化碳载体,为提升燃料电池碳载Pt催化剂性能和耐久性提供两种可行的技术路线:

1. 分别利用化学刻蚀法与气相刻蚀法对企业所提供的初始石墨化碳载体进行刻蚀:设置不同刻蚀比例、温度、时间等,探究石墨化碳载体表面的刻蚀机理;

2. 测试分析石墨化碳载体在刻蚀前后的物理化学性能特征(如比表面积、孔分布、石墨化程度等),得出刻蚀最佳条件;

3. 测试分析石墨化碳载体在刻蚀前后的电化学特征:通过旋转圆盘电极的测试,分析石墨化碳载体及对于负载Pt催化剂的电化学活性面积、耐久性特征,得到高性能、高稳定的多孔石墨化碳载体。


项目成果

1. 通过气相/化学刻蚀制备了具有丰富孔隙结构的石墨碳载体。

2. 确定了气相刻蚀和化学刻蚀的最佳反应条件:CO2气相刻蚀时,在900℃刻蚀2h后多孔碳相较原石墨碳比表面积增大145.27%,最可几孔直径增加14.84%,孔体积增加93.06%,单次留存率68.3631%KOH化学刻蚀时,KOH:C的质量比3:1650℃刻蚀60min的样品比表面积提升159.7%,留存率达87.7%。两种碳载体制备损耗较小,均保留原商业碳的石墨载体性质,具有较好的热稳定性,丰富的孔隙结构提供了更多活性位点,增大了电化学活性面积。

3. 利用浸渍法制备了Pt催化剂,通过旋转圆盘电极CVLSV测试,验证了多孔石墨化碳载体具有较好的耐高电位氧化腐蚀性和ORR性能。


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