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一氧化碳对膜电极性能的影响

日期:2024-05-15    来源:特嗨氢能检测

国际氢能网

2024
05/15
16:04
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关键词: 特嗨氢能检测 膜电极 质子交换膜燃料电池

质子交换膜燃料电池以氢气为燃料,目前氢气的来源主要有工业副产氢、水电解制氢和生物制氢三种,工业副产制氢因为生产工艺的原因氢气中往往会含有少量CO等气体杂质。

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CO毒化的影响

① CO的存在会导致燃料电池中Pt催化剂中毒。燃料电池的性能随CO通入时间的变化明显,先是剧烈的衰减,然后趋于稳定;燃料电池温度的升高会减轻CO的毒化作用;CO浓度的降低也会减轻燃料电池的中毒现象。

② CO除了能影响燃料电池阳极的性能外还会扩散到阴极对燃料电池阴极性能造成影响,其影响程度甚至会高于阳极。

③ CO对Pt催化剂的毒化是可逆的,毒化后的催化剂经纯净氢气吹扫等手段处理后性能基本能够恢复。

— 02 —

CO毒化的机理

CO能使燃料电池中毒的原因是CO吸附在Pt表面,占据氢气氧化所需的Pt表面活性位点,从而导致燃料电池性能降低。

氢气的吸附反应(1)需要2个相邻的Pt空活性位点,而CO的吸附不仅能通过反应(2)在Pt空活性点上进行,而且还能通过反应(3)在Pt-H位点上进行,因此CO比氢气在Pt表面上的吸附系数高几个数量级,CO会优先吸附占据铂的活性位点,进而阻碍氢气吸附。

— 03 —

CO毒化的缓解

① 使用抗CO毒化的催化剂。可以使用在一定程度上具有抗CO功能的二元、三元、四元催化剂,如PtRu合金催化剂,催化剂中的Ru可以分解H2O形成Ru-OH,以提供活性氧原子。活性氧原子与CO结合而生成CO2,可以减少CO的毒化作用。

② 提高燃料电池运行温度。CO在Pt表面的吸附是放热过程,而CO自Pt表面的脱附是吸热过程,提高燃料电池温度可以降低CO在催化剂上的吸附系数,减轻电池中毒程度。

③ 提高燃料电池阳极过电位。可以使用脉冲电流等方法将阳极电位迅速上升到可以将CO氧化成CO2的高度,减少CO在Pt表面的吸附量以减缓燃料电池中毒程度。

氢气中CO对膜电极性能的影响不可忽视,进行CO毒化试验可以验证膜电极对CO的耐受性和开发膜电极CO中毒后的恢复手段。

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