[发明专利]基于燃料电池催化层的离子污染Nafion薄膜的制备及测试方法

说明书

本发明公开了一种基于燃料电池催化层的离子污染Nafion薄膜的制备及测试方法，涉及燃料电池测试领域；浓度小于2wt.％的Nafion溶液在以硅为基底的叉指电极上通过自组装12小时～48小时取出晾干后，浸泡在硝酸和硝酸钴的离子交换溶液中24小时以上得到离子污染的Nafion薄膜。通过调整溶液配比得到污染程度不同的薄膜；利用交流阻抗谱的电化学方法得到不同污染程度的Nafion薄膜的电导率变化。通过测试不同污染程度的薄膜的质子电导率的变化，反应电池中由于催化剂衰减导致的离聚物污染对质子传导的影响。建立离子交换溶液配比，薄膜污染程度与薄膜电导率之间的关系。便于通过电池质子的电导率测试结果，推断电池中Nafion离聚物的污染程度。便于电池长时间运行后的衰减机理的相关研究的开展。

技术领域

本发明涉及属于燃料电池测试技术领域，具体地，涉及一种于燃料电池催化层的离子污染Nafion薄膜的制备及测试方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。

发展较为成熟的铂碳催化剂由于其较高的铂贵金属的用量导致经济效益无法与传统电池相比，目前铂合金催化剂的研究表明其可以在保证催化性能不变的条件下大幅度降低铂贵金属的用量，从而提升燃料电池的经济性能。铂合金催化剂在电池运行过程中由于催化剂衰减导致非贵金属在酸性环境下溶解，从而导致催化层中离子聚合物和Nafion薄膜上的氢离子被取代，造成催化层中的离子聚合物和隔膜的污染。有研究表明，金属离子对隔膜的污染会导致隔膜的质子电导率显著下降，而催化层中的离子聚合物与隔膜的结构有显著差异，金属离子污染对催化层中离子聚合物的质子传导有怎样的影响，是亟待研究的重要课题。

需要进一步加以说明的是，燃料电池催化层中的离子聚合物是在制备催化层浆料时，将Nafion溶液按照一定质量比例加入到铂合金催化剂中和有机溶剂一起充分混合分散，经喷涂、烘干后包覆在催化剂颗粒表面的纳米尺度的Nafion薄膜。经测量，Nafion薄膜的厚度只有十几到几十纳米，有研究表明，催化层中纳米尺度的Nafion薄膜的质子传导机理与微米尺度的Nafion薄膜中显著不同。

目前暂无研究铂合金催化剂质子交换膜燃料电池催化层内离子聚合物的污染对其质子传导率的影响的方法。

发明内容

本发明的目的在于设计一种基于燃料电池催化层的离子污染Nafion薄膜的制备及测试方法。

为实现本发明的上述发明目的，本发明提供如下技术方案：一种基于燃料电池催化层的离子污染Nafion薄膜的制备及测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)、制备纳米尺度Nafion薄膜；

(b)、制备离子污染的Nafion薄膜；

(c)、离子污染的Nafion薄膜的导电率测试；

(d)、测试离子污染的Nafion薄膜的污染程度。

优选的，所述步骤(a)具体包括：

(a1)、配制Nafion溶液，所述Nafion溶液浓度为小于2wt.％；

(b1)、以硅为基底的叉指电极在浓度小于2wt.％的Nafion溶液中静置12小时～48小时；

(c1)、取出叉指电极吹干，放入50～70摄氏度烘箱，即得Nafion薄膜。

通过上述技术方案，便于Nafion薄膜中的有机溶剂充分挥发，避免Nafion薄膜表面附着的有机溶剂影响测试结果。