燃料电池中聚苯胺修饰碳纸电极的制备与性能测试.pdf

第10届全国有机电化学与工业学术会议论文集 燃料电池中聚苯胺修饰碳纸电极的制备与性能测试 武克忠“2，王新东‘1 (1北京科技大学物理化学系，北京，100083。cchem@ustb．edu．cn) (2河北师范大学化学与材科学院，石家庄，050016，wukzh688@167．s：om) 直接甲醇燃料电池(DMFC)具有能量损耗少，低污染，能量密度高、噪声低等优点，被认为是未 来电动汽车动力及其它民用场合最有希望的化学电源[1-2]。目前，直接甲醇燃料电池的制备关键技术已经 成熟，限制其应用的最大障碍是制作成本太古【3一钉。DMFC多采用铂作为催化剂。由于Pt是贵金属，资源 有限，价格昂贵。为了降低成本，减少铂的用量，提高铂的分散度， 导电高分子聚苯胺(PAni)具有长链共轭结构、并且质子能在聚苯胺分子长链上可逆掺杂，使得聚 苯胺同时具有电子和质子双重导电的性能， 因而引起了国内外研究者的广泛关注。利用导电高分子聚苯 胺取代替传统的载体分散催化剂铂，然后在酸性溶液中模拟DMFC对甲醇的电催化氧化已进行了大量的 研究15-61，并且由于催化剂Pt与聚苯胺的相互作用，电极显示了非常高而稳定的催化活性。但是文献中报 道苯胺聚合的支撑层电极都是致密的铂、玻碳、不锈钢等电极材料，而在实际的燃料电池中，载体的支 撑层均为多孔的碳纸。本工作就是以燃料电池常用的催化剂支撑层多孑L碳纸为电极，制备出碳纸直接载 为，探讨甲醇在两种电极上的催化活性。 1试剂和仪器 电化学仪器为273型恒电位仪(美国EG＆G 极体系，工作电极为DMFC中做催化剂载体支撑层的碳纸，表观几何面积为0．5cm2，电极使用前用二次蒸 馏水反复冲洗。辅助电极为金属铂片电极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)。本文中的电位值如不特别 各种溶液用去离子水二次蒸馏配制。 2结果与讨论 燃料电池常用的催化剂支撑层为多孔碳纸。作为电极 的碳纸经处理洗净后。首先，在碳纸电极上电化学聚合苯 胺；然后。电沉积Pt。将二次蒸馏过的苯胺与H2S04配制成 0．2molL1苯胺+O．5molL～H2S04的溶液。应用循环伏安的方 ，／哆：奠 法，控制电势范围在．0．2vNo．85V之间，用50mv／s的扫描 速度，以碳纸为电极电化学聚合苯胺10圈。碳纸电极上聚 霞≥7… ■—、／ 合苯胺以后，在覆有聚苯胺的碳纸电极上沉积Pt，制备 Pt／PAni／C电极。 图l为聚苯胺载铂电极(Pt／Pani／C)，碳纸直接载铂电极(Pt／C) ENolt=垤SCE FigurelvoltammogramsofcI∞协xatalytic Cyclic 及碳纸仅覆有聚苯胺电极(PAni／C)对0．5molL1甲醇+0．5 oxidationofmcthanoIonP帆i／C，P忙、PAni，C molL1H2S04的溶液的催化氧化循环伏安图。PAni／C虽然 有阳极和阴极电流，但体现的是聚苯胺在酸性溶液中特征 基金项目：国家自然科学基金资助项目(NoN050074003)； 国家高技术研究发展计划(863计划)(No．2002AA-302404) 22l 墅!!鱼全苎查垫兰竺兰皇三兰兰查全堡垒查叁 的可逆氧化还原峰，不存在对甲醇的氧化作用。但对于两种沉积了Pt的电极，当极化电势大于0．7V时， 阳极电流迅速上升，负向扫描时，在循环伏安图上观察不到还原峰，而在电极电势回扫到0．6V左右时阳 极电流再度激增，又出现氧化峰，并延伸到比正向扫描出现阳极电流时更负的电势，这是甲醇在Pt电极 mA 流为50．7 cm-2。两种电极上Pt颗粒尺寸与分散的不同导致在阳极扫描上的峰电流高度不同，均相分 散度高的Pt颗粒沉积与甲醇的吸附和氧化反