车用燃料电池现状和电催化.ppt

脱合金制备Core-Shell催化剂 * 脱合金(de-alloyed) “核(PtM)－壳(Pt)”电催化质量比活性可达Pt/C的4倍 Dealloyed Core-shell ORR electrocatalyst 催化剂在膜电极上的制备过程 Dealloy 极化减少 拐点上移 PtM催化剂－Core-Shell Core-shell Pt monolayer Electrocatalyst M. Shao et al. Electrochem. Commun. 2007, 9: 2848–2853 质量比活性与商业催化剂比较 Pt-Pd-Co/C 核壳催化剂 总质量比活性是商业催化剂Pt/C的3倍 DICP一步法Pd@Pt 纳米枝晶 抗坏血酸 Na2PdCl4 K2PtCl4 F127 12h RT 一步法合成 非Pt催化剂—氮掺杂纳米碳 (a) CX （介孔碳） (b) N-CX （氮掺杂介孔碳） CX部分呈现石墨的规整有序带状结构，缺陷位较少 N-CX催化剂中，呈现无序结构 N-CX样品介孔丰富 NH3 Pyrolysis NH3 pyrolyate 有机凝胶聚合、高温热解氮化制备氮掺杂介孔碳催化剂 Hong Jin, Huamin Zhang,et al. Energy Environ. Sci., DOI:10.1039/C1EE01437D CX、N-CX和Pt/C的最大功率密度分别为53、360和1100 mW cm-2 N掺杂后，ORR活性提高了约七倍 Pt/C相比，ORR活性还有一定差距 氮掺杂纳米碳的单电池性能 通用汽车燃料电池车电池Pt用量 第四代：2kW/L ，1.5kW/kg 第五代：3kW/L ，2.0kW/kg 电堆功率密度 /online/news/articles/2009-09/General-Motors-Announces-New-Fue /online/news/articles/2010-03/GM-Uncovers-Production-Intent-Fu GM FCE: Pt用量由80g降到30g (0.32g/kW), 计划2015年Pt用量降到10g . 尺寸减少一半, 与传统的四缸内燃机相当 重量减轻了100kg 目标2015年量产万辆 Toyota燃料电池汽车成本降低 Highlander FC- SUV Pt催化剂用量降低到原来的1/3 环境-30℃度下可启动 计划2015实现商业化 /b/2010/05/10/toyota-fuel-cell-electrics-by-2015.htm /online/news/articles/2010-05/Toyota-Outlines-Cost-Down 降低膜电极Pt载量 * 第一代GDE 第二代CCM 第三代 有序化MEA 3M有序化MEA 0.18g Pt/kW(3M) 开发纳米有序化膜电极，降低Pt用量 需进一步降低燃料电池Pt用量 组分分布有序 孔隙结构有序 担载Ni@Pt催化剂的二氧化钛纳米管阵列有序化MEA (DICP) [P] 201110366877.9.一种导电聚合物/质子交换膜型复合膜、由其制备的催化层，制备方法和应用. ） 降低离子传导极化 提高催化剂利用率 强化传质/提高电流密度 难点：把电催化剂组装到有 序化MEA基底上 组分分布有序 孔隙结构有序 降低离子传导极化 提高催化剂利用率 强化传质/提高电流密度 有序化膜电极 0.18g/kW 目的 研究适于批量生产的纳米有序 化膜电极技术 问题：1）高电流密度时排水问题 2）催化剂的抗毒问题 1）电催化剂已取得明显进展， 但低Pt催化剂的稳定性， 抗毒性能还要努力提高。2）纳米有序薄层电极的制备工 艺 与电催化剂在催化层组装 方法，高电流密度时排水问题需深入研究。 * 结语 * * * 读原文 车用燃料电池现状与电催化 衣宝廉 中国科学院大连化学物理研究所 2012. 12. * 报告内容 * 燃料电池工作原理； 燃料电池车的现状； 燃料电池发动机的主要问题； 电催化与电催化剂 结语 燃料电池原理 电解质膜 电催化剂 双极板等 PEMFC单电池结构 关键材料 发电原理：电化学，与原电池一致 MEA组成 燃料电池堆（模块） 燃料供应系统 氧化剂供应系统 水热管理系统 电控系统 主要子系统 内燃机方式工作 燃料电池发电系统 电堆结构 燃料电池原理 燃料电池车的现状 * 燃料电池车的全球示范验证 国内：北京公交示范、2008北京奥运会、2