[發明專利]一種基于氣體擴散電極的氧還原活性測試裝置及測試方法

在審

• 申請號: 202010065471.6
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111257385A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 楊曉冬;鐘家強;嚴科晶;許艷恒
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30;G01N27/406;G01N27/48;H01M4/88
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識產權代理事務所(普通合伙) 35222
• 代理人: 陳槐萱

本發明提供了一種基于氣體擴散電極的催化劑氧還原活性測試裝置和測試方法，該裝置由電解池、膜電極、導電氣體流場板三部分由上而下通過密封墊依次組裝而成，其中，電解池包括對電極室、參比電極室和連通于對電極室的通氣管；膜電極包括設置于電解池底部，由上而下依次疊置的離子交換膜、催化層和氣體擴散電極組成。該方法包括：S1、以參比電極、對電極和工作電極組成的三電極測量系統，進行電化學測試獲取催化劑的實際電容；其中，工作電極為膜電極；S2、獲取催化劑載量；S3、測定催化劑的電流電壓極化曲線，按催化劑載量歸一化后，獲得催化劑的活性。本發明構建了催化劑的三相反應界面，實現了催化劑氧還原活性準確測試。

技術領域

本發明涉及一種氧還原電催化燃料電池技術領域，且特別涉及一種基于氣體擴散電極的氧還原活性測試裝置及測試方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)可高效地將化學能轉換成電能，是未來基于可再生能源的重要設備能源轉換設備。PEMFC中催化劑的開發往往借助傳統的電化學測試技術，如旋轉圓盤電極測試技術(RDE)。但是在傳統電化學測試方法中，反應處于電解液和催化劑兩相界面，其活性受材料親疏水性、催化劑在電解液中的穩定性等因素影響。此時，催化劑的工作環境與實際PEMFC的三相反應界面不相符，其活性也與實際PEMFC中有差異。此外，催化劑在PEMFC中的測試，往往需要大量的工藝優化，且由于膜電極(MEA)結構復雜，其測試結果往往重復性較差，偏差大。因此，我們需要尋找一種新的測試裝置和測試技術來滿足非貴金屬氧還原催化劑在工況條件下的簡單、重復性好且準確的測量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于氣體擴散電極的氧還原活性測試裝置，此裝置構建了催化劑的三相反應界面。

本發明的另一目的在于提供一種基于氣體擴散電極的氧還原活性測試方法，測量結果準確、可靠。

本發明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。

本發明提出了一種基于氣體擴散電極的催化劑氧還原活性測試裝置，其由電解池、膜電極、導電氣體流場板三部分由上而下通過密封墊依次組裝而成，其中，所述電解池包括對電極室、參比電極室和連通于對電極室的通氣管；所述膜電極包括設置于所述電解池底部，由上而下依次疊置的離子交換膜、催化層和氣體擴散電極組成。

進一步地，在本發明較佳實施例中，所述膜電極的制備方法包括：

將催化劑加入到溶劑中進行超聲處理，然后添加固體電解質溶液繼續超聲，獲得分散均勻的催化劑墨水；

使用霧化器將上述催化劑墨水噴涂于氣體擴散層上，噴涂的垂直高度為10cm，氣體流量為0.5～0.8SLM，經60～150℃烘干；

將噴涂后的氣體擴散層與離子交換膜疊置形成膜電極。

進一步地，在本發明較佳實施例中，所述膜電極由氣體擴散層與離子交換膜經組裝或壓制而成。

進一步地，在本發明較佳實施例中，所述導電氣體流場板為石墨或由金屬材質加工成的具有氣體流場的單極板。

本發明還提供了一種基于上述裝置的催化劑氧還原活性測試方法，其包括：

S1、以參比電極、對電極和工作電極組成的三電極測量系統，進行電化學測試獲取催化劑的實際電容；其中，所述工作電極為膜電極；

S2、獲取催化劑載量；

S3、測定催化劑的電流電壓極化曲線，按所述催化劑載量歸一化后，獲得催化劑的活性。

進一步地，在本發明較佳實施例中，所述獲取催化劑載量具體包括：

獲取催化劑載量～電容標準曲線，根據所述實際電容獲取催化劑載量。

進一步地，在本發明較佳實施例中，所述獲取催化劑載量～電容標準曲線，具體為：