电化学实验室.PPT

電池之電化學性能量測 一. 燃料電池半電池(membrane electrode assembly 之陰極)的電流-電位測定 1-1 不同觸媒負載效應 1-2 反應物濃度效應 1-3 陽離子交換膜效應 二. 交流阻抗量測 2-1 不同觸媒負載效應 2-2 反應物濃度效應 2-3 陽離子交換膜效應 outline 一. 實 驗 目 的 二. 基 本 原 理 三. 實 驗 裝 置 四. 電 極 製 備 流 程 五. 實 驗 步 驟 六. 預 期 實 驗 結 果 一. 實 驗 目 的 在燃料電池中，氧還原速率比氫氧化速率要小上三個冪次，所以氧還原半反應是燃料電池性能好壞的關鍵；本實驗以穩態極化法、交流組抗法探討在不同條件下對陰極氧還原半反應的影響。 二. 原 理 氧氣還原反應(ORR)三相結構圖 2-1 穩態極化法 2.交流組抗法 三. 實 驗 裝 置 四. 電 極 製 備 流 程 五. 實 驗 步 驟 A.電極片製備 A-1.氣體擴散層前處理 將碳紙裁成約5*5cm的正方形，浸泡於FEP（氯化乙烯丙烯樹脂）溶液每面5分鐘後以夾子夾住晾乾，最後再將其置入350℃烘箱烘15分鐘。 A-2. Nafion membrane 前處理 1.以5%H2O2水溶液在80℃下加熱1小時除去有機雜質。 2.以去離子水充分沖洗。 3.以1MH2SO4水溶液在80℃下加熱1小時除去金屬雜質。 4.以去離子水充分沖洗。 5.保存在去離水中備用。 A-3.電極片製作 1.稱取所須觸媒量，放入裝有超純水燒杯中，利用超音波震盪器震盪10分鐘。 2.將上述分散均勻的觸媒溶液（ink）加入65mMH2SO4作為分散劑，使其具有 凝膠效果，並震盪10分鐘。 3.在ink中加入適量PTFE鐵氟龍溶液，並震盪10分鐘。 4.準備抽氣過濾裝置，將(3)所得ink緩慢的倒入過濾裝置中，並使其均勻的 分佈於濾紙上，取下過濾完成的濾餅置於多層衛生紙上，並覆蓋上已 疏水處理過的碳紙，在以鋁箔紙包覆。 5.將上述電極片以壓力機於室溫下冷壓脫膜，將濾紙上的觸媒濾餅轉印到 碳紙上，再進行熱壓。 6. 將處理好的電極片置於高溫下烘乾燒結，移出並密封保存之。 B. 電極特性分析 1.組裝測試系統，靜置一小時 2.O2-IV:在25℃下，於進料氣體處通入O2 30sccm 1小時，以固定1mA/sec電流輸出量，觀察相應 的電位變化。 3.EIS：在25℃，定電壓下（0.2V、0.4V、0.6V） 以振幅10mV的正弦波進行交流阻抗量測，頻率 範圍為10-2 ~105 Hz，觀察氧氣還原反應阻抗的 變化情形。 六. 預期實驗結果 不同觸媒負載效應 反應物濃度效應 * 電化學實驗室 Anode reaction: 2H2 4H+ + 4e- Cathode reaction: O2 + 4H+ + 4e- 2H2O Overall reaction: 2H2 + O2 2H2O + Heat 1.燃料電池基本原理 electronic path gas diffusion ionic path oxygen dissolution humidity adsorption ORR H++H2O wetting Pt/C 2.電化學分析原理 對系統施以一小振幅（? 10 mV）、頻率為f（? ω ? 2?）的正弦交流訊號V（t）=Vm sin（ω），系統針對此輸入訊號的電流響應（response），也是以正弦波形式出現，不過，輸出的電流通常會與輸入的電壓訊號保持一相位差?（phase lag）為了方便討論輸入訊號與輸出訊號之間的關係，我們可以定義一個阻抗函數Z(ω) 。 觸媒 分散劑 結合劑 Ink 過濾 濾餅 疏水性 碳紙 碳紙 疏水劑 冷壓 脫膜 熱壓 燒結 * 電化學實驗室