直接甲醇燃料电池膜电极催化层的电流体动力雾化沉积资源-CSDN文库

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直接甲醇燃料电池膜电极催化层的电流体

动力雾化沉积

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王大志，李杨，王亮，梁军生，刘冲

*

基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助课题(20090041120041)；国家自然科学基金资助项目

(50905027)

作者简介：王大志，(1978-)，男，副教授，主要研究方向：微机电系统、微型燃料电池。E-mail:

d.wang@dlut.edu.cn

（大连理工大学，辽宁省微纳米技术及系统重点实验室，辽宁大连 116024） 5

摘要：本工作分别以 Pt/C 和 Pt-Ru/C 纳米催化剂悬浮液为研究对象，利用电流体动力雾化

（Electrohydrodynamic Atomization, EHDA）层层沉积的方法制备了直接甲醇燃料电池的膜

电极。研究了 Pt/C 和 Pt-Ru/C 纳米悬浮液的电流体动力雾化稳定锥-柱模式，并在此稳定锥-

柱模式下，以碳纸为基底进行了 Pt/C 和 Pt-Ru/C 纳米悬浮液沉积。沉积成型的阴极和阳极催

化层呈现多孔、规则排列结构，其平均孔径分别为 3.5 µm 和 4.0 µm。将制备好的膜电极组10

装成直接甲醇燃料电池，在不同温度下对其性能进行了测试分析，结果表明：在 20 ℃到 60℃

的范围内，电池性能随着温度的上升而显著增强，当温度高于 60 ℃时，电池性能没有明显

变化。

关键词：电流体动力雾化；直接甲醇燃料电池；膜电极；催化层

中图分类号：TK91 15

Formation of Catalyst Layers of Membrane Electrode

Assembly using Electrohydrodynamic Atomization

deposition for Direct Methanol Fuel Cells

WANG Dazhi, LI Yang, WANG Liang, LIANG Junsheng, LIU Chong 20

(Key Laboratory for Micro/Nano Technology and System of Liaoning Province, Dalian University

of Technology, LiaoNing DaLian 116024)

Abstract: In this paper, Pt/C and Pt-Ru/C nano-suspension are used to prepare the membrane

electrode assembly for direct methanol fuel cell using electrohydrodynamic atomization

layer-by-layer deposition method. During the EHDA deposition process, the Pt/C and Pt-Ru/C 25

nano-suspensions produce stable cone-jet mode and the atomization characteristics are studied.

Pt/C and Pt-Ru/C nano-suspension are deposited on the carbon paper to form cathode and anode

catalyst layers under this stable cone-jet mode. The cathode and anode catalyst layers present

porous and well-packed features. The average pore size of the cathode and anode catalyst layers is

3.5 µm and 4.0 µm, respectively. The polarization behaviour of a single direct methanol fuel cell 30

assembled with the deposited membrane electrode assembly at different working temperatures are

analysed. The results show that the cell performance increases fast when temperature increases

from 20 °C to 60 °C, however, the cell performance has inconspicuous difference when

temperature higher than 60 °C.

Keywords:

electrohydrodynamic atomization; direct methanol fuel cells; membrane electrode 35

assembly; catalyst layer

0 引言

直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cells, DMFC）是将燃料（甲醇）的化学能直

接转化为电能的电化学反应装置，它具有能量转化率高、体积小、无污染、无噪音、能在较40

低的温度下工作等优点。DMFC 是国内外近些年备受关注的一种新型电源，被认为在手机、

笔记本电脑等便携设备中具有广阔的市场前景

[1-3]

。膜电极（Membrane Electrode Assembly,

MEA）在 DMFC 中处于核心地位，是电化学反应的场所，它主要由居中质子交换膜（Proton

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