PTFE含量与碳载量对PEM燃料电池自增湿性能的影响研究

该研究论文深入探讨了平整层在质子交换膜燃料电池(PEMFC)自增湿性能中的关键作用，发表于2005年的《清华大学核能与新能源技术研究院》期刊上。作者们通过制备了一系列具有不同聚四氟乙烯(PTFE)含量和碳载量的电极平整层，然后采用相同的膜电极成型工艺，并组装成单电池，对其进行了极化曲线和交流阻抗的分析。 研究发现，当平整层中PTFE含量从24%增加到35%时，对于H2/O2型燃料电池，自增湿发电的最大功率密度有所提升，大约增长了0.1W/cm²。然而，进一步增加到42%时，电性能反而出现了轻微下降。相反，对于H2/Air型燃料电池，其自增湿发电性能随PTFE含量的增加而增强。这表明，适当的比例控制对于优化燃料电池的自增湿性能至关重要。 平整层的载量也显著影响了自增湿发电性能。实验结果显示，平整层载量为4.0mg/cm²的膜电极相较于无平整层的膜电极，在H2/O2自增湿条件下，最高功率密度提高了约0.27W/cm²。这证实了平整层不仅影响电解质膜的湿润性和电导率，还可能通过改善催化剂混合物的分布和稳定性来优化电化学反应过程。 为了深入理解平整层的物理化学特性，研究者利用压汞仪和扫描电子显微镜对其进行了结构分析，这有助于揭示其微观结构与性能之间的关系。整体来看，这项研究强调了平整层在PEMFC自增湿技术中的优化策略，对于减少燃料电池系统的成本、复杂性和能耗，以及提高其实际应用的可行性具有重要意义。 论文的关键点包括燃料电池的自增湿原理、平整层材料的选择及其对电极性能的影响，以及通过实验数据揭示的优化策略。这些发现对于改进PEMFC的设计和制造，特别是在低湿度环境下运行的燃料电池，提供了有价值的参考。