CN110632152A - 基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台及测试方法 - Google Patents
基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台及测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110632152A CN110632152A CN201910946011.1A CN201910946011A CN110632152A CN 110632152 A CN110632152 A CN 110632152A CN 201910946011 A CN201910946011 A CN 201910946011A CN 110632152 A CN110632152 A CN 110632152A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrolyte
- cathode
- electrochemical cell
- microfluid
- plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台及测试方法;一种基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台,包括微流体电化学池、数据采集器、微泵、电子电路和参比电极,其特征在于:所述微流体电化学池包括从上往下顺序设置的阴极盖板、电解液流道板和阳极底板;所述阴极盖板上设置有阴极空气呼吸孔,阴极空气呼吸孔内放置待测阴极;所述待测阴极由疏水多孔碳纸以及氧还原催化层构成;阴极空气呼吸孔的前后侧电解液进口和电解液出口;所述电解液进口和电解液出口与电解液通道板上设置的电解液流道相连通,所述电解液流道内放置金属阳极;阳极底板设置在电解液流道板的下方;本发明可广泛应用在能源、化工、环保等领域。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域,具体涉及基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台及测试方法。
背景技术
能源问题已成为影响人类社会发展的关键问题。传统的化石燃料为不可再生能源,且存在环境污染、转化效率低等问题。燃料电池作为一种能够直接将化学能转换为电能的装置就成了极具前景的能源动力装置。燃料电池通常具有较高的能源转换效率,且燃料通常为氢气、甲醇等可再生物质,反应产物主要为水,具有运行安静、环境友好的特点。目前燃料电池技术发展迅速,其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)最具商用化前景,其基本工作原理为:氢气在阳极发生氧化反应生成氢离子、电子,氢离子经质子交换膜传递至阴极,电子经外电路传导至阴极,氧气在阴极与电子和氢离子结合生成水。其中质子交换膜作为固态电解质只允许质子通过而不允许氢气分子通过,且水渗漏率极低。氧化剂通入阴极侧与电子、氢离子发生还原反应。
目前PEMFC中阴极催化剂最好的催化剂为Pt催化剂。Pt为贵金属,价格昂贵且储量少,就算仅仅只将PEMFC应用于汽车动力,目前已知的Pt储量也不够用。因此研发价格低廉、催化性能好的阴极氧还原催化剂成为目前燃料电池研究的热门方向。
对于阴极催化剂性能评价,最为直观准确的是以此组装的燃料电池电池性能,也就是阴极极化曲线的获取。常规的测试方法需要组装实际电池,包含催化剂喷涂、膜电极组件热压、电池组装、开展测试等较长的流程和周期。并且阴极与质子交换膜直接接触(如Nafion膜),氧还原反应生成水向多孔阴极内传输,会增大多孔阴极内液相饱和度,增大氧气传输阻力,引起较大的传质损失,不利于获得高电流密度时的阴极性能。同时,需要表征一个电池的性能,除了阴极之外,阳极的情况亦不可忽略。阳极燃料传输到催化剂上的传输限制也有可能影响电池性能,以此结果来表征阴极性能会不准确。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足,提出了基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台及测试方法。
本发明的技术方案是:一种基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台,包括微流体电化学池、数据采集器、微泵、电子电路和参比电极,其特征在于:
所述微流体电化学池包括从上往下顺序设置的阴极盖板、电解液流道板和阳极底板;所述阴极盖板上设置有阴极空气呼吸孔,阴极空气呼吸孔内放置待测阴极;所述待测阴极由疏水多孔碳纸以及氧还原催化层构成;阴极空气呼吸孔的前后侧电解液进口和电解液出口;所述电解液进口和电解液出口与电解液通道板上设置的电解液流道相连通,所述电解液流道内放置金属阳极;阳极底板设置在电解液流道板的下方。
所述待测阴极和金属阳极分别与电子电路连接,以构成放电回路。
所述数据采集器分别连接电池待测阴极和参比电极,从而收集微流体电化学池放电时的阴极电势变化的极化曲线;所述参比电极设置在电解液流道的末端。
所述微泵用于以一定流速向所述微流体电化学池泵入电解液。
一种基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
一:将配置好的待测试氧还原催化剂浆料喷涂于具有整平层的疏水碳纸表面,并于常温下干燥作为待测试阴极。
二:组装微流体电化学池:所述微流体电化学池包括从上往下顺序设置的阴极盖板、电解液流道板和阳极底板;所述阴极盖板上设置有阴极空气呼吸孔,阴极空气呼吸孔内放置待测阴极;阴极空气呼吸孔的前后侧电解液进口和电解液出口;所述电解液进口和电解液出口与电解液通道板上设置的电解液流道相连通,所述电解液流道内放置金属阳极;阳极底板设置在电解液流道板的下方。
三:将所述待测阴极和金属阳极分别与电子电路连接,以构成放电回路。
四:将数据采集器分别连接待测阴极以及参比电极,从而收集微流体电化学池放电时的阴极电势变化的极化曲线;所述参比电极设置在电解液流道的末端。
五:用微泵往电化学池的电解液进口以一定流速通入电解液,以启动电池。
六:调节电子电路以使负载电阻从设定阻值变化到0,并利用将数据采集器收集微流体电化学池放电时的阴极电势变化的极化曲线。
本发明所述的基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台及测试方法的有益效果是:
1)本发明基于微流体电化学池,尺寸小、电极面积小、制作成本低,且采用电子电路以改变外电阻方式进行阴极极化曲线测试,测试便捷高效。
2)本发明电化学池组装便捷,空气自呼吸阴极不需要复杂的热压、装配工艺,有利于缩短测试流程、减少测试时间。电化学池无需质子交换膜,简化结构、降低成本。
3)阳极采用金属电极原位发生氧化反应,避免了传统燃料电池阴极催化剂表征时受限于阳极反应物传输的问题。
4)采用金属阳极反应产物不会对阴极催化剂产生毒害,阴极催化剂可重复在不同工况下利用。
本发明可广泛应用在能源、化工、环保等领域。
附图说明
图1是一种基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台的连接示意图。
图2是微流体电化学池11的三维剖面图。。
图3是微流体电化学池11的主视图。
图4是微流体电化学池11的俯视图。
具体实施方式
参见图1至图4,一种基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台,包括微流体电化学池11、数据采集器12、微泵13、电子电路14和参比电极15。
所述微流体电化学池11包括从上往下顺序设置的阴极盖板1、电解液流道板6和阳极底板9;所述阴极盖板1上设置有阴极空气呼吸孔2,阴极空气呼吸孔2内放置待测阴极5;所述待测阴极5由疏水多孔碳纸以及氧还原催化层构成;阴极空气呼吸孔2的前后侧电解液进口3和电解液出口4;所述电解液进口3和电解液出口4与电解液通道板6上设置的电解液流道7相连通,所述电解液流道7内放置金属阳极8;阳极底板9设置在电解液流道板6的下方。
所述待测阴极5和金属阳极8分别与电子电路14连接,以构成放电回路。
所述数据采集器12分别连接电池待测阴极5和参比电极15,从而收集微流体电化学池放电时的阴极电势变化的极化曲线;所述参比电极15设置在电解液流道7的末端。参比电极15可通过电解液出口或电解液进口插入电解液流道7内。
所述微泵13用于以一定流速向所述微流体电化学池11泵入电解液。
在具体实施例中,金属阳极8由锌片构成;待测阴极5是通过喷涂法将Pt/C催化剂或非贵金属氧还原催化剂浆料均匀喷涂在具有整平层的疏水碳纸表面,并于常温下干燥而成。
一种基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试方法,该方法包括如下步骤:
一:将配置好的待测试氧还原催化剂浆料喷涂于具有整平层的疏水碳纸表面,并于常温下干燥作为待测试阴极。
二:组装微流体电化学池:所述微流体电化学池11包括从上往下顺序设置的阴极盖板1、电解液流道板6和阳极底板9;所述阴极盖板1上设置有阴极空气呼吸孔2,阴极空气呼吸孔2内放置待测阴极5;阴极空气呼吸孔2的前后侧电解液进口3和电解液出口4;所述电解液进口3和电解液出口4与电解液通道板6上设置的电解液流道7相连通,所述电解液流道7内放置金属阳极8;阳极底板9设置在电解液流道板6的下方。
三:将所述待测阴极5和金属阳极8分别与电子电路14连接,以构成放电回路。
四:将数据采集器12分别连接待测阴极5以及参比电极15,从而收集微流体电化学池放电时的阴极电势变化的极化曲线;所述参比电极15设置在电解液流道7的末端,参比电极15可通过电解液出口或电解液进口插入电解液流道7内。
五:用微泵13往电化学池的电解液进口3以一定流速通入电解液,以启动电池;电解液在电解液流道7流动,并从电解液出口4流出;电解液可采用氢氧化钾溶液。
六:调节电子电路14以使负载电阻从设定阻值缓慢变化到0,并利用数据采集器12收集微流体电化学池放电时的阴极电势变化的极化曲线。具体可调节电子电路14以使负载电阻从设定阻值开始每一分钟降10欧直到短路为止,并利用数据采集器12收集微流体电化学池放电时的阴极电势变化的极化曲线和电池电流。通过极化曲线可以定性得出氧还原催化剂的催化性能。
本发明的工作原理为:阳极锌片发生氧化反应失去电子,电子由外接电路经负载到达阴极。空气中的氧气通过阴极多孔电极传输至催化层,在氧还原催化剂的作用下发生氧还原反应。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台,包括微流体电化学池(11)、数据采集器(12)、微泵(13)、电子电路(14)和参比电极(15),其特征在于:
所述微流体电化学池(11)包括从上往下顺序设置的阴极盖板(1)、电解液流道板(6)和阳极底板(9);所述阴极盖板(1)上设置有阴极空气呼吸孔(2),阴极空气呼吸孔(2)内放置待测阴极(5);所述待测阴极(5)由疏水多孔碳纸以及氧还原催化层构成;阴极空气呼吸孔(2)的前后侧电解液进口(3)和电解液出口(4);所述电解液进口(3)和电解液出口(4)与电解液通道板(6)上设置的电解液流道(7)相连通,所述电解液流道(7)内放置金属阳极(8);阳极底板(9)设置在电解液流道板(6)的下方;
所述待测阴极(5)和金属阳极(8)分别与电子电路(14)连接,以构成放电回路;
所述数据采集器(12)分别连接电池待测阴极(5)和参比电极(15),从而收集微流体电化学池放电时的阴极电势变化的极化曲线;
所述微泵(13)用于以一定流速向所述微流体电化学池(11)泵入电解液。
2.一种基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
一:将配置好的待测试氧还原催化剂浆料喷涂于具有整平层的疏水碳纸表面,并于常温下干燥作为待测试阴极;
二:组装微流体电化学池:所述微流体电化学池(11)包括从上往下顺序设置的阴极盖板(1)、电解液流道板(6)和阳极底板(9);所述阴极盖板(1)上设置有阴极空气呼吸孔(2),阴极空气呼吸孔(2)内放置待测阴极(5);阴极空气呼吸孔(2)的前后侧电解液进口(3)和电解液出口(4);所述电解液进口(3)和电解液出口(4)与电解液通道板(6)上设置的电解液流道(7)相连通,所述电解液流道(7)内放置金属阳极(8);阳极底板(9)设置在电解液流道板(6)的下方;
三:将所述待测阴极(5)和金属阳极(8)分别与电子电路(14)连接,以构成放电回路;
四:将数据采集器(12)分别连接待测阴极(5)以及参比电极(15),从而利用数据采集器(12)收集微流体电化学池放电时的阴极电势变化的极化曲线;
五:用微泵(13)往电化学池的电解液进口(3)以一定流速通入电解液,以启动电池;
六:调节电子电路(14)以使负载电阻从设定阻值变化到0,并利用数据采集器(12)收集微流体电化学池放电时的阴极电势变化的极化曲线。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910946011.1A CN110632152A (zh) | 2019-10-01 | 2019-10-01 | 基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台及测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910946011.1A CN110632152A (zh) | 2019-10-01 | 2019-10-01 | 基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台及测试方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110632152A true CN110632152A (zh) | 2019-12-31 |
Family
ID=68974992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910946011.1A Pending CN110632152A (zh) | 2019-10-01 | 2019-10-01 | 基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台及测试方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110632152A (zh) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040126644A1 (en) * | 2002-12-30 | 2004-07-01 | Bett John A. S. | Fuel cell having a corrosion resistant and protected cathode catalyst layer |
CN101342495A (zh) * | 2008-04-22 | 2009-01-14 | 深圳大学 | 一种催化剂的制备方法及其性能测试装置 |
CN202486094U (zh) * | 2012-02-16 | 2012-10-10 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 燃料电池催化剂测试装置 |
CN109148927A (zh) * | 2018-09-04 | 2019-01-04 | 重庆大学 | 具有浸没微射流的空气自呼吸无膜微流体燃料电池 |
-
2019
- 2019-10-01 CN CN201910946011.1A patent/CN110632152A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040126644A1 (en) * | 2002-12-30 | 2004-07-01 | Bett John A. S. | Fuel cell having a corrosion resistant and protected cathode catalyst layer |
CN101342495A (zh) * | 2008-04-22 | 2009-01-14 | 深圳大学 | 一种催化剂的制备方法及其性能测试装置 |
CN202486094U (zh) * | 2012-02-16 | 2012-10-10 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 燃料电池催化剂测试装置 |
CN109148927A (zh) * | 2018-09-04 | 2019-01-04 | 重庆大学 | 具有浸没微射流的空气自呼吸无膜微流体燃料电池 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | From structures, packaging to application: A system-level review for micro direct methanol fuel cell | |
CN100583517C (zh) | 钌-铑合金电极催化剂和包括该催化剂的燃料电池 | |
Kelley et al. | Miniature fuel cells fabricated on silicon substrates | |
JP3453954B2 (ja) | 一酸化炭素検出装置、有機化合物検出装置および低級アルコール検出装置 | |
CN100379063C (zh) | 担载催化剂及利用它的燃料电池 | |
Li et al. | A passive anion-exchange membrane direct ethanol fuel cell stack and its applications | |
Liu et al. | In situ potential distribution measurement in an all-vanadium flow battery | |
US20060292407A1 (en) | Microfluidic fuel cell system and method for portable energy applications | |
CN110530954A (zh) | 一种非贵金属催化剂膜电极耐久性测试方法 | |
Feng et al. | Fabrication and performance evaluation for a novel small planar passive direct methanol fuel cell stack | |
Ni et al. | Electrochemistry modeling of proton exchange membrane (PEM) water electrolysis for hydrogen production | |
CN108448128A (zh) | 一种用钌基碲化物作为阴极的燃料电池膜电极及制备方法 | |
US8007947B2 (en) | Method of selecting non-humidification operation condition of proton exchange membrane fuel cell | |
CN106168641A (zh) | 一种高温甲醇燃料电池的膜电极测试设备 | |
CN100399609C (zh) | 直接醇类燃料电池膜电极结构与制备方法 | |
CN205723784U (zh) | 一种使用集电‑扩散复合层的直接甲醇燃料电池 | |
CN112611747A (zh) | 一种定量分析质子交换膜燃料电池的催化层中金属离子对其性能影响的方法 | |
CN109799276B (zh) | 用于评估燃料电池催化剂氧还原活性的气体电极装置 | |
CN110632152A (zh) | 基于微流体电化学池的氧还原催化剂测试平台及测试方法 | |
CN216386711U (zh) | 质子交换膜燃料电池膜电极组件渗透率测试装置 | |
CN217468504U (zh) | 一种具有自呼吸式氢气循环功能的燃料电池系统 | |
CN100427945C (zh) | 一种用于直接醇类燃料电池系统的醇类浓度传感器 | |
US20040121198A1 (en) | System and method for controlling methanol concentration in a fuel cell | |
CN201956423U (zh) | 一种质子交换膜燃料电池膜电极喷涂加热真空吸盘 | |
CN103367775B (zh) | 一种直接液体燃料电池膜电极的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191231 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |