[发明专利]测量离聚物对局域传质阻力影响特征的方法

说明书

本发明提供了一种测量离聚物对局域传质阻力影响特征的方法，制备具有不同离聚物含量的膜电极，将附有透气层的膜电极组装成燃料电池；检测所述燃料电池的极限电流；结合Faraday定律和Fick定律，通过极限电流i_lim计算得出燃料电池的总传质阻力R₀，根据总传质阻力R₀和透气层传质阻力R_TQC关系作图，求得催化层局域传质阻力R_JY；做出R_JY与离聚物/催化剂碳颗粒的质量比I/C的关系图。通过调节透气层的扩散特征，利用对法拉利Faraday定律和菲克Fick定律衍生方程的线性回归，测量得出催化层的局域传质阻力，实现了对不同离聚物状态下的局域传质阻力变化特性的研究。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体地，涉及测量离聚物对局域传质阻力影响特征的方法，尤其是涉及一种测量燃料电池催化层中离聚物对氧气局域传质阻力的影响特征的方法。

背景技术

燃料电池在运行中会存在传质极化现象，即氧气的传质速度较慢，造成电池的性能损失，改善电池氧气传质阻力并缓解极化现象，对燃料电池发展具有重要有意义。对于发展潜力较大的低铂燃料电池而言，传质阻力主要来自于阴极催化层中的局域传质阻力，即氧气通过催化剂表面的离聚物薄膜并传输到铂表面时所遇到的阻力。因此，研究离聚物薄膜对局域传质阻力的影响特征是克服低铂电池传质阻力的关键步骤。

目前，对于这种特性的研究主要通过非在线的特殊实验装置完成，很难在电池中直接测量。这主要是由于电池催化层中同时存在局域传质阻力和体相传质阻力(催化层中氧气进行分子扩散及克努森扩散所遇到的阻力)，两种阻力存在共轭关系，在空间上无法区分。因此，须要设计一种方法，能够直接在电池中测量离聚物对局域传质阻力的影响特征。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种测量离聚物对局域传质阻力影响特征的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种多层膜电极，在该膜电极的阴极催化层与气体扩散层之间添加了具有微孔结构的导电透气层，用于测量燃料电池催化层中离聚物对局域传质阻力的影响特征。

作为优选方案，所述催化层的铂载量极低，以提高催化层中局域传质阻力占比，从而可以忽略催化层中体相传质阻力的影响。

作为优选方案，所述透气层的传质阻力较高，以能够在公式II的线性回归过程中忽略催化层中体相传质阻力的影响。

第二方面，本发明还提供了一种测量燃料电池催化层中离聚物对氧气局域传质阻力的影响特征的方法，其包括如下步骤：

S1：制备具有不同离聚物状态的膜电极，并在阴极催化层外侧负载透气层；

S2：将负有透气层的多层膜电极组装成燃料电池；

S3：检测所述燃料电池的极限电流；

S4：结合Faraday定律和Fick定律，通过极限电流i_lim计算得出电池的总传质阻力R₀，根据R₀和透气层传质阻力R_TQC关系作图，求得催化层局域传质阻力R_JY。

S5：做出R_JY与I/C的关系图。

作为优选方案，步骤S1中，选择研究离聚物含量对局域传质阻力的作用，作为离聚物状态研究的一个示例；

作为优选方案，步骤S1中，阴极催化层的I/C选取为0.65、0.8、0.95，铂载量为0.1mg cm^-2。