燃料電池用碳材料

燃料電池用碳材料第一頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三Content燃料電池

燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境友好、比功率和比能量高等特點(diǎn),可望用于移動(dòng)電源及固定電站等領(lǐng)域。碳載體是燃料電池催化劑的關(guān)鍵材料之一,它不僅直接影響催化劑的分散度和催化活性,而且對(duì)催化層內(nèi)的傳荷和傳質(zhì)過程也具有重要影響。第二頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三Content在燃料電池中,對(duì)碳載體具有如下要求:高導(dǎo)電率:減小電極內(nèi)阻;高比表面積:有利于分散活性組分,降低貴金屬用量;(3)合理的孔結(jié)構(gòu)與憎水性:滿足氣體與反應(yīng)產(chǎn)物的傳質(zhì)要求;(4)碳載體與活性組分之間的相互作用:提高催化活性;(5)在燃料電池運(yùn)行環(huán)境中具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性。碳載體要求第三頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三Content1碳納米管碳納米管(CNTs)具有一維納米管狀特殊結(jié)構(gòu),其導(dǎo)電性高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、力學(xué)強(qiáng)度高,作為燃料電池催化劑載體具有良好的應(yīng)用前景。第四頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三Content碳納米纖維(CNFs)具有較高的石墨化程度、導(dǎo)電性和比表面積。CNFs一般由烯烴在催化劑作用下采用化學(xué)氣相沉積法（CVD）制備,由于其價(jià)格相對(duì)較為便宜,因此有望替代CNTs用作催化劑載體。2碳納米纖維第五頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三Content介孔碳是一類新型的非硅基介孔材料,具有巨大的比表面積和孔體積以及有序的孔結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)活性組分的高分散和電極中物料的高效傳輸,因此非常有望用作催化劑載體。3介孔碳第六頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三Content碳凝膠可分為氣、固、干凝膠,常用的制備方法是通過酚醛樹脂反應(yīng)生成凝膠,在高溫惰性氣氛下熱解而得到。碳凝膠具有曲折的開環(huán)結(jié)構(gòu)、良好的導(dǎo)電性、電化學(xué)穩(wěn)定的納米多孔網(wǎng)絡(luò)以及較高的表面積(400～900m2/g),這些特性使得它可作為燃料電池催化劑載體。4碳凝膠第七頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三Content目前,低溫燃料電池催化劑中普遍使用的碳載體具有較低的比表面積和化學(xué)易腐蝕性,不利于提高貴金屬催化劑的活性和耐久性,因此發(fā)展新型碳載體材料具有相當(dāng)?shù)钠惹行?。近年?以碳納米管、碳納米纖維、介孔碳和碳凝膠為代表的具有特殊形貌和有序孔結(jié)構(gòu)新型碳材料普遍引起了人們的重視。結(jié)語第八頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三Content展望(1)碳納米管與碳納米纖維具有較高的電導(dǎo)性、比表面積和化學(xué)穩(wěn)定性,有利于提高催化劑的使用效率;但其表面惰性不利于金屬催化劑在壁面的均勻分散,如何在不破壞載體本身穩(wěn)定性的前提下在其表面均勻負(fù)載金屬催化劑微粒將是當(dāng)前的一個(gè)研究難題。第九頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三Content展望(2)介孔碳孔徑規(guī)整且分布均勻可調(diào),有利于活性組分的分散和物料在電極內(nèi)的傳輸;如何避免貴金屬在孔道內(nèi)的沉積、提高催化劑利用效率仍是需要解決的問題之一。第十頁，共十二頁，編輯于2023年，星期三Content展望(3)碳凝膠價(jià)格低廉且中孔比例高,符合低溫燃料電池催化劑載體的要求,然而碳凝膠的化學(xué)穩(wěn)定性較差,如何提高其