石墨氈摻氮對直接液流甲醇燃料電池性能的影響

錢國才，李寶琛，許逸達，裴元達，黃成德

(天津大學化工學院，天津300072)

質子交換膜燃料電池(PEMFC)具有功率密度高，工作溫度低，啟動快，使用壽命長等優點［1］，但是采用氫氣作燃料的PEMFC存在儲運及安全性等方面的問題［2］。2008 年 Ilicic等［3］采用碳基氧化還原對電極代替空氣陰極，以甲醇代替氫氣做陽極燃料，組成了直接液流甲醇燃料電池。這是一種綜合了液流電池特點的新型燃料電池，安全、易于儲存與運輸。石墨氈是直接液流甲醇燃料電池主要的陰極材料，其性能的好壞對于直接液流甲醇燃料電池至關重要。

石墨氈具有穩定性好，單位造價下表面積大，流體透過性好等優點［4］，但是由于其親水性差，電化學活性不高，極大地限制了它的應用［5］。因此，人們希望通過進行表面處理來提高它的電化學性能。常用的有酸處理［6］、熱處理［7］、電化學氧化［8］、氮摻雜［9］等方法。由于氮的摻雜不僅提高了石墨氈的表面化學活性，還可對其電子結構進行調節，因此近年來摻氮石墨氈在許多電化學設備中表現出了比沒有氮摻雜的石墨氈更優的電催化性能［10］。本研究基于前人成果，通過尿素分解產生的氨氣對石墨氈進行摻氮處理。

1　試驗部分

1.1　主要試劑和儀器

PAN-石墨氈(δ=15 mm，δ=10 mm，北京三業碳素有限公司);尿素(分析純，天津市元立化工有限公司);濃硫酸(分析純，天津市元立化工有限公司);碳紙(TGP-H-060，日本東麗有限公司);導電碳粉(Vulcan XC-72，Carbolt公司);聚四氟乙烯乳液(質量分數60%，Sigma-Aldrich公司);Nafion膜溶液(DE520，上海河森電氣有限公司);全氟……