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看丰田怎样对立燃料电池中的化学衰减
发布时间:2019-06-27 17:13:27
要害词:燃料电池

  目前,燃料电池的寿命主要取决于电解质膜的寿命,而影响电解质膜寿命的因素主要有以下三种:(1)化学衰减;(2)板滞衰减;(3)热衰减。

  1. 化学衰减机理

  化学衰减重假如指高分子电解质膜被自基或者离子污染。自基主要来自于氧化还原反响进程中发生的H2O2或者·OH、·OOH自基,自基会攻击高分子电解质膜的端基或者主链,爆发降解反响,使得电解质膜变薄以致穿孔。离子污染主要来自于燃料电池其他零部件熔化的离子(如双极板)或者来自外部(如气氛)的离子污染源,电解质膜的基团被杂质离子交换,导致电解质膜更容易被自基攻击,爆发劣化。特别是保管Fe2+时,H2O2与Fe2+爆发芬顿反响,大大增强了氧化性,对高分子电解质膜变成更大的毁伤。另外,自基攻击电解质膜而发生的劣化产物可以惹起催化剂中毒,导致燃料电池功用大幅度下降。

  为理办理燃料电池的化学衰减题目,可以采用高纯度材料制制燃料电池部件,同时要当心制制工序中避免引入杂质离子。另外,还需求膜电极组件中添夹≡基消弭剂(猝灭剂),进步燃料电池的耐久性。

  2. 办理化学衰减的现有技能

  现有技能公然了应用铈离子、银离子等单种离子举措自基消弭剂的方法,可是这些离子会妨碍质子和水的扩散,而且这些离子容易与质子举行离子交换,低沉了燃料电池的导电性。另外,这些离子燃料电池pH值较高的部分容易变成氢氧化物或者氧化物重淀,从而丢失了举措自基消弭剂的功用。若这些离子被还原而变成金属析出,会影响催化剂层的电极反响。

  3. 丰田办理化学衰减的技能方案

  为理办理上述题目,低沉燃料电池电解质膜的化学衰减,晋升电解质膜的运用寿命,丰田最新公然的一篇专利中(JP2019083123A)公然了一种应用两种差别的自基消弭剂(区分为主自基消弭剂和副自基消弭剂)来消弭自基的技能,主自基消弭剂用于将自基还原为离子,同时本身从还原体(A)变为氧化体(A),副自基消弭剂用于将主自基消弭剂的氧化体(A)还原为还原体(A),同时副自基消弭剂被氧化为氧化体(B),而且氧化体(B)也可以被膜电极组件内的还原剂(如氢、电解质的剖析生成物即甲酸等)还原为还原体(B)。由此,只需求小剂量的自基消弭剂就可以有用的消弭膜电极组件中的自基,而且因为副自基消弭剂举措帮催化剂用于再生主自基消弭剂,通过两种自基消弭剂共存进步了主自基消弭剂的再生速率,进步了主自基消弭剂的应用服从。

  为了完成主自基消弭剂可以被自基所氧化,副自基消弭剂可以被主自基消弭剂的氧化体所氧化,而且被氢和甲酸还原,关于主自基消弭剂和副自基消弭剂的再生与氧化还原电位联系如下图所示:

  由上图可以看到,氧化还原对(B)的氧化还原电位比所述氧化还原对(A)的氧化还原电位低,且比甲酸的氧化还原电位高。因为膜电极组件中含有过氧化氢,不行运用芬顿活活性大金属离子举措氧化还原对,如Fe离子( Fe2+、Fe3+ )、游离的Cu离子( Cu+、Cu2+ )和游离的含V离子( V2+、V3+、V4+、VO2+、V5+、VO2+ )。

  为了进步自基消弭剂的效果,自基消弭剂的氧化还原电位最好高于0.64 V vsNHE且低于1.76 V vs NHE。

  4. 自基消弭剂示例

  丰田专利文献中进一步公然了契合条件的自基消弭剂的示例。

  举措自基消弭剂发挥功用的金属、金属离子或金属氧化物包罗:Ag+ / Ag2+ (1.98)、Co2+ / Co3+(1.92)、Au+ / Au (1.83)、Ce3+ / Ce4+ (1.72)、Ni2+ / NiO2 (1.59)、Ni2+ / Ni2O3 (1.75)、Cr3+ / CrO42- (1.45)、Cr3+ / Cr2O72- (1.33)、Pr2O3 / PrO2 (1.43)、SbO+ / SbO3- (0.68)、Bi3+ / Bi2O5 (1.76)、BiO+ / Bi2O5 (1.61)、Mn2+ / MnO2 (1.23)、Ir / Ir3+ (1.156)、铁吡啶络合物离子( Fe(Bi)3+ / Fe(Bi)2+ ) (1.11)、Sb2O5 / Sb2O4 (1.06)、Pd / Pd+ (0.92)、Rh / Rh3+ (0.76)、RuO2 / Ru+ (0.68)、Ag / Ag+ (0.79)、TiO2+ / Ti3+ (0.19)、Sn4+ / Sn2+ (0.15)等。

  自基消弭剂也可以挑选不含金属元素的氧化还原对,如酰亚胺化合物、醌化合物、紫精衍生物、苯氧基衍生物、噻吩衍生物及其会合物。

  5. 自基消弭剂添加方法

  关于自基消弭剂与电解质的酸基举行离子交换的状况下,自基消弭剂的总添加量10%以下,依据丰田专利的施行例,总添加量0.05%-0.5%为佳。关于不举行离子交换的自基消弭剂,以质料分数盘算总添加量0.01wt%-0.1wt%为佳。

  而主自基消弭剂和副自基消弭剂之间的比例(主自基消弭剂/副自基消弭剂),可以1/10-10/1之间,优选为1/1尊驾的当量摩尔浓度比例。

  自基消弭剂可以添加电解质膜、电极或者气体扩散层上,主自基消弭剂和副自基消弭剂可以添加相同部位,也可以添加差别部位。丰田进一步公然了自基消弭剂添加差别部位的制备工艺。


稿件根源: 电池中国网
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