[发明专利]一种基于气体扩散电极的氧还原活性测试装置及测试方法

说明书

本发明提供了一种基于气体扩散电极的催化剂氧还原活性测试装置和测试方法，该装置由电解池、膜电极、导电气体流场板三部分由上而下通过密封垫依次组装而成，其中，电解池包括对电极室、参比电极室和连通于对电极室的通气管；膜电极包括设置于电解池底部，由上而下依次叠置的离子交换膜、催化层和气体扩散电极组成。该方法包括：S1、以参比电极、对电极和工作电极组成的三电极测量系统，进行电化学测试获取催化剂的实际电容；其中，工作电极为膜电极；S2、获取催化剂载量；S3、测定催化剂的电流电压极化曲线，按催化剂载量归一化后，获得催化剂的活性。本发明构建了催化剂的三相反应界面，实现了催化剂氧还原活性准确测试。

技术领域

本发明涉及一种氧还原电催化燃料电池技术领域，且特别涉及一种基于气体扩散电极的氧还原活性测试装置及测试方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)可高效地将化学能转换成电能，是未来基于可再生能源的重要设备能源转换设备。PEMFC中催化剂的开发往往借助传统的电化学测试技术，如旋转圆盘电极测试技术(RDE)。但是在传统电化学测试方法中，反应处于电解液和催化剂两相界面，其活性受材料亲疏水性、催化剂在电解液中的稳定性等因素影响。此时，催化剂的工作环境与实际PEMFC的三相反应界面不相符，其活性也与实际PEMFC中有差异。此外，催化剂在PEMFC中的测试，往往需要大量的工艺优化，且由于膜电极(MEA)结构复杂，其测试结果往往重复性较差，偏差大。因此，我们需要寻找一种新的测试装置和测试技术来满足非贵金属氧还原催化剂在工况条件下的简单、重复性好且准确的测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于气体扩散电极的氧还原活性测试装置，此装置构建了催化剂的三相反应界面。

本发明的另一目的在于提供一种基于气体扩散电极的氧还原活性测试方法，测量结果准确、可靠。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出了一种基于气体扩散电极的催化剂氧还原活性测试装置，其由电解池、膜电极、导电气体流场板三部分由上而下通过密封垫依次组装而成，其中，所述电解池包括对电极室、参比电极室和连通于对电极室的通气管；所述膜电极包括设置于所述电解池底部，由上而下依次叠置的离子交换膜、催化层和气体扩散电极组成。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述膜电极的制备方法包括：

将催化剂加入到溶剂中进行超声处理，然后添加固体电解质溶液继续超声，获得分散均匀的催化剂墨水；

使用雾化器将上述催化剂墨水喷涂于气体扩散层上，喷涂的垂直高度为10cm，气体流量为0.5～0.8SLM，经60～150℃烘干；

将喷涂后的气体扩散层与离子交换膜叠置形成膜电极。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述膜电极由气体扩散层与离子交换膜经组装或压制而成。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述导电气体流场板为石墨或由金属材质加工成的具有气体流场的单极板。

本发明还提供了一种基于上述装置的催化剂氧还原活性测试方法，其包括：

S1、以参比电极、对电极和工作电极组成的三电极测量系统，进行电化学测试获取催化剂的实际电容；其中，所述工作电极为膜电极；

S2、获取催化剂载量；

S3、测定催化剂的电流电压极化曲线，按所述催化剂载量归一化后，获得催化剂的活性。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述获取催化剂载量具体包括：

获取催化剂载量～电容标准曲线，根据所述实际电容获取催化剂载量。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述获取催化剂载量～电容标准曲线，具体为：