燃料电池用碳材料

燃料电池用碳材料第一页，共十二页，2022年，8月28日Content燃料电池

燃料电池具有能量转化效率高、环境友好、比功率和比能量高等特点,可望用于移动电源及固定电站等领域。碳载体是燃料电池催化剂的关键材料之一,它不仅直接影响催化剂的分散度和催化活性,而且对催化层内的传荷和传质过程也具有重要影响。第二页，共十二页，2022年，8月28日Content在燃料电池中,对碳载体具有如下要求:高导电率:减小电极内阻;高比表面积:有利于分散活性组分,降低贵金属用量;(3)合理的孔结构与憎水性:满足气体与反应产物的传质要求;(4)碳载体与活性组分之间的相互作用:提高催化活性;(5)在燃料电池运行环境中具有良好的化学稳定性与热稳定性。碳载体要求第三页，共十二页，2022年，8月28日Content1碳纳米管碳纳米管(CNTs)具有一维纳米管状特殊结构,其导电性高、化学性质稳定、力学强度高,作为燃料电池催化剂载体具有良好的应用前景。第四页，共十二页，2022年，8月28日Content碳纳米纤维(CNFs)具有较高的石墨化程度、导电性和比表面积。CNFs一般由烯烃在催化剂作用下采用化学气相沉积法（CVD）制备,由于其价格相对较为便宜,因此有望替代CNTs用作催化剂载体。2碳纳米纤维第五页，共十二页，2022年，8月28日Content介孔碳是一类新型的非硅基介孔材料,具有巨大的比表面积和孔体积以及有序的孔结构,可实现活性组分的高分散和电极中物料的高效传输,因此非常有望用作催化剂载体。3介孔碳第六页，共十二页，2022年，8月28日Content碳凝胶可分为气、固、干凝胶,常用的制备方法是通过酚醛树脂反应生成凝胶,在高温惰性气氛下热解而得到。碳凝胶具有曲折的开环结构、良好的导电性、电化学稳定的纳米多孔网络以及较高的表面积(400～900m2/g),这些特性使得它可作为燃料电池催化剂载体。4碳凝胶第七页，共十二页，2022年，8月28日Content目前,低温燃料电池催化剂中普遍使用的碳载体具有较低的比表面积和化学易腐蚀性,不利于提高贵金属催化剂的活性和耐久性,因此发展新型碳载体材料具有相当的迫切性。近年来,以碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳和碳凝胶为代表的具有特殊形貌和有序孔结构新型碳材料普遍引起了人们的重视。结语第八页，共十二页，2022年，8月28日Content展望(1)碳纳米管与碳纳米纤维具有较高的电导性、比表面积和化学稳定性,有利于提高催化剂的使用效率;但其表面惰性不利于金属催化剂在壁面的均匀分散,如何在不破坏载体本身稳定性的前提下在其表面均匀负载金属催化剂微粒将是当前的一个研究难题。第九页，共十二页，2022年，8月28日Content展望(2)介孔碳孔径规整且分布均匀可调,有利于活性组分的分散和物料在电极内的传输;如何避免贵金属在孔道内的沉积、提高催化剂利用效率仍是需要解决的问题之一。第十页，共十二页，2022年，8月28日Content展望(3)碳凝胶价格低廉且中孔比例高,符合低温燃料电池催化剂载体的要求,然而碳凝胶的化学稳定性较差,如何提高