摘 要

质子交换膜燃料电池因为其具有高效率，低排放的特点，因此具有很大的利用价值，从而引起了全世界的广泛关注。催化剂是燃料电池的重要部分，所以人们集中于研究成本低、效率高的催化剂。低温燃料电池的阴极催化剂一直以贵金属铂为主要成分，因此我们需要在不改变催化剂活性的前提下，选取廉价易得的金属来代替铂。金属Fe作为一种廉价易得的金属进入人们视野。

我们这个实验主要用的方法是循环伏安法，目的是为了制备具有较高活性的阴极催化剂。同时探索所制备出催化剂的活性。对催化剂进行物理及电化学性能表征的方法有循环伏安（CV），X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM）等。实验中设计的变量为制备温度，制备时间，制备电位。在扫描电子显微镜（SEM）下，我们可以观察到所制备出的Pt-Fe合金催化剂微粒呈球形。利用循环伏安曲线，我们可以计算出氢托附电量催化剂的活性表面积为53.83 m².g^-1

关键词:质子交换膜（PEMFC），阴极催化剂，Pt-Fe合金

Preparation of Pt-Fe catalysts by Cyclic voltammetry for PEMFC

Abstract

Because of its high efficiency and low emission, the proton exchange membrane fuel cell has attracted wide attention from all over the world. The catalyst is an important part of the fuel cell，and people focused on the research of low cost, high efficiency catalyst. The cathode catalyst of low temperature fuel cell has been the main component of noble metal platinum,we need to choose cheap and easy metal instead of platinum without changing the catalyst activity.

The Pt-Fe alloy catalyst was prepared by cyclic voltammetry ,and study its activity as a proton membrane exchange fuel cell cathode catalyst.Through the cyclic voltammetry (CV), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) techniques to characterize the physical and electrochemical properties of the catalysts were prepared.And we select the deposition temperature, deposition time and deposition potential as an experimental variable attempt.Pt-Fe alloy catalyst scanning electron microscope (SEM) found that the prepared spherical.Cyclic voltammetry curves holder attached hydrogen energy calculating the active surface area of the catalyst were 53.83 m².g^-1.

Key word: Proton exchange membrane(PEMFC), Cathode catalyst, Pt-Fe alloy

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1燃料电池的概述 1

1.2质子交换膜燃料电池的优点及缺点 1

1.2.1质子交换膜燃料电池的优点 1

1.2.2质子交换膜燃料电池的缺点： 2

1.3质子交换膜燃料电池工作原理 2

1.4质子交换膜燃料电池的结构 3

1.5 质子交换膜燃料电池电极催化剂 6

1.5.1 电极催化剂简介 6

1.5.2质子交换膜燃料电池催化剂的分类 6

1.5.3 质子交换膜燃料电池电极催化剂的制备方法 7

1.6质子交换膜燃料电池的应用 9

第二章 实验方案及内容 11

2.1实验方案设计思路 11

2.2 实验试剂与仪器 11

2.3实验过程 12

2.3.1碳布的亲水性处理 12

2.3.2循环伏安法制备电极催化剂 12

2.4性能测试 12

2.4.1循环伏安性能测试 12

2.4.2 结构表征 13

2.4.3扫描电镜（SEM测试） 13

第三章 实验结果 15

3.1循环伏安法制备Pt-Fe合金的循环伏安曲线 15

3.2 不同催化剂样品的XRD分析 17

3.3扫描电子显微镜分析（SEM) 18

第四章 结论和展望 20

4.1 结论 20

4.2 展望 20

参考文献 21

致谢 23

第一章 绪论

1.1燃料电池的概述

随着社会的发展，科技的进步，环境污染的问题越来越严重，随之而来的还有能源短缺的问题，人们急需一种能量转化效率高，对环境没有污染的新型能源。燃料电池作为一种新的能源形势应运而出。燃料电池作为一种新型能源，首先具有其他普通的化学电池所不具有的优点，比如能量转化的效率更高，发生电化学反应的生成物和反应物对环境都没有污染，因此，这种新型能源受到了越来越多人们的重视。与一般的传统电池相比，它还有一个更重要的优点是发电的电量没有限制。传统的电池里面发电的反应物以及催化剂同时存在，及发电的反应物以一个固定的数目存在于电池的壳体中，在发电的过程中，反应物一直被消耗，并且这个过程不可逆，因此，随着反应物的减少，电池中存储的能量也越来越低。

而燃料电池从这方面来说，只是一个转化能量的装置，与外界环境既有物质交换，又有能量交换，放电过程中电极和电极催化剂都不会发生变化，只要能够向体系中不断加入燃料气体和氧化剂，装置就能一直向外供电。具体的发电过程是：在阳极，燃料气体在催化剂的作用下发生失电子反应，生成阳离子和自由电子，电子通过外电路运动到阴极，同时为外电路提供电流，阴极发生还原反应，得到自由电子生成反应产物并且排除电池外。

燃料电池分类^[2-3]：燃料电池可以根据多种分类方法进行分类，可以按照燃料电池工作的温度来分类，也可以根据燃料气的处理方式来分，还可以按照开发的早晚顺序来份，还可以按照燃料电池的电解质来分类。第一种分类方法可以分为低温燃料电池和高温燃料电池；按照燃料的处理方式来分，可以分为直接式燃料电池，间接式燃料电池和再生式燃料电池；按照开发的早晚顺序来分，可以分为第一代燃料电池（PAFC），第二代燃料电池（MCFC），第三代燃料电池（SOFC）。这些电池都要用可燃性气体作为其发电用的燃料。本课题主要研究质子交换膜燃料电池。

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