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电化学工作站在《GB/T 20042.4-2009 质子交换膜燃料电池 第4部分 电催化剂测试方法》中的应用

当今,全球发展的终极竞争就是在能源利用和科技创新方面的竞争。我国作为能源需求大国,在新能源领域的投入也与日俱增,带动了众多行业的蓬勃发展,比如燃料电池、电极材料等等。尤其是2021年以来,美国PINE Research公司的电催化“CP”——旋转圆盘圆环电极装置(MSR)和双恒电位仪(WaveDriver200),迎来了销量剧增,可以窥见电池领域发展的火热。因此,我们以诚为本9001w最新版本下载应广大企事业客户要求,特分享我们的电催化“CP”仪器在电催化剂测试中的应用。 

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效的清洁能源装置,可以将氢气和氧气中的化学能直接转化为电能而不产生污染。然而,阴极氧还原反应需要大量的铂基催化剂以提高反应速率,这使得电池成本过高,阻碍了质子交换膜燃料电池的大规模应用。

 

催化剂性能测试标准

根据PEMFC的结构,我国制定了GB/T 20042系列标准用于对PEMFC的各个组成部分进行相关测试:

GB/T 20042.1-2017 质子交换膜燃料电池 第1部分:术语

GB/T 20042.2-2008 质子交换膜燃料电池 第2部分:电池堆通用技术条件

GB/T 20042.3-2009 质子交换膜燃料电池 第3部分:质子交换膜测试方法

GB/T 20042.4-2009 质子交换膜燃料电池 第4部分:电催化剂测试方法

GB/T 20042.5-2009 质子交换膜燃料电池 第5部分:膜电极测试方法

GB/T 20042.6-2011 质子交换膜燃料电池 第6部分:双极板特性测试方法

GB/T 20042.7-2014 质子交换膜燃料电池 第7部分:炭纸特性测试方法

其中,GB/T 20042.4-2009主要用于各种类型PEMFC铂基(Pt)电催化剂的性能测试。该标准包括了7个方面的测试:

(1)Pt含量测试。主要采用热重分析仪。

(2)电化学活性面积(ECA)测试。主要采用恒电位仪。

(3)比表面积、孔容、孔径分布测试。主要采用全自动物理吸附仪。

(4)形貌及粒径分布测试。主要采用透射电镜仪。

(5)晶体结构测试。主要采用X射线衍射仪。

(6)堆密度测试。主要采用真空烘箱和天平。

(7)单电池极化曲线测试。主要采用燃料电池测试平台。

 

如何测试ECA

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测试仪器

PINE:MSR旋转圆盘圆环电极装置 + WaveDriver 200双恒电位仪

 

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样品准备

将测试样品置于真空烘箱中于80℃干燥12h

样品质量应满足3次有效实验的要求。


测试方法

(1)准确称取±0.05 mg催化剂。

(2)向称取的催化剂中依次加入5% NafionDE521)溶液50 μL、去离子水2 mL、异丙醇2 mL

(3)用功率不低于200 W的超声波超声30 min,使浆液混合均匀,超声过程中需保持水浴温度不超过20℃。

(4)按照电极表面催化剂担载量为50~200 μg/cm2,取适量分散好的浆液分两次均匀地滴加到光滑干净的圆盘电极表面,使其自然并完全干燥,作为工作电极。

(5)将电极置于电解液中,组成三电极体系。其中,参比电极为饱和甘汞电极(Hg/Hg2Cl2/饱和KCl溶液)或氯化银电极(Ag/AgCl/饱和KCl溶液),对电极为大面积Pt片或Pt丝,电解质为N2饱和的0.5 mol/LH2SO4溶液。

(6)测试循环伏安曲线。先以20 mV/s的扫描速度对催化剂进行活化,直至氢脱附峰面积不再增加时,以20 mV/s的速度扫描5圈,电位扫描范围为-0.25 ~ 1 V(相对饱和甘汞电极)。


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 1 Pt/C催化剂ECA典型循环伏安曲线


数据处理

选取稳定后的循环伏安曲线,对其氢脱附峰进行积分,得到面积SA·V),按以下公式计算电化学活性面积ECA

 

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ECA:电化学活性面积,m2/g


S:氢脱附峰的积分面积,A·V

C:光滑Pt表面吸附氢氧化吸附电量常数,0.21 mC/cm2

ν:扫描速度,mV/s

M:电极上Pt的质量,g

取3个样品为一组,计算出平均值作为试验结果。


仪器操作方法

    打开PINE Aftermath软件,设置参数,扫描,计算氢脱附峰的积分面积。

 

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    美国PINE旋转圆盘圆环电极装置(MSR)搭配WaveDriver200双恒电位仪,是ORR(电催化氧还原)、HER、OER实验的必备仪器,联用效果更佳,为名副其实的电催化CP!

 

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    美国PINE WaveDriver200双恒电位仪是美国PINE电化学工作站中带有阻抗功能的双恒产品,具有自带11种旋转测试方法、自带EIS软件库无需拟合、DEBE/DECV模块等“九大功能”。

    以诚为本9001w最新版本下载(PHYCHEMI公司)是美国PINE电化学系列产品在大中华地区的总代理,欢迎咨询!

 

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