甲苯对PEMFC单电池性能的影响

王欣欣，傅 杰，宋 微

(1.大连交通大学材料科学与工程学院，辽宁大连 116028；2.中国科学院大连化学物理研究所燃料电池研究部，辽宁大连 116023)

近些年来，随着燃料电池的深入研究与发展，质子交换膜燃料电池已成为一系列应用中最有前途的发电方式之一[1-2]，但是其寿命问题一直困扰着研究人员，由于PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)直接采用环境空气作为阴极氧化气体[3]，空气中存在的杂质气体对电池的损耗是影响电池寿命的一个重要原因。以前的研究范围主要限于常见的无机物种，如SO2、NOx、H2S、氨等[4]。只有少数研究涉及了VOCs 对质子交换膜燃料电池的影响，这可能是由于许多有机物成分混合在环境空气中，而单一有机物的浓度却很低，研究具有一定的难度。Maheboob 等研究了丙烯污染的电池堆性能，发现50×10-6的丙烯使电堆性能发生38%的衰变[5]；St-Pierre 等使用1.0×10-6～50×10-6的甲苯进行原位测试供气50～200 min 可观察到电池性能损失取决于浓度，总计为初始性能的1%～90%，由于甲苯在催化剂上的吸附，使得电化学活性面积(electrochemical active surface areas，ECSA)减少，但是H2O2的含量增加[6-9]。通过对以上文献研读发现并没有系统的针对甲苯污染影响因素的研究，本文将甲苯杂质气体通入制备好的单电池中，通过多种电化学测试对甲苯毒化电池的行为进行探索，通过测试结果初步推理了甲苯毒化电池的机理。

1 实验

1.1 试剂和仪器

实验所用到的试剂及仪器：Pt/C 催化剂[70%(质量分数)，Johnson Matthey]、Nafion 溶液[5%(质量分数)，Dupont]、异丙醇、Nafion®211 膜(Dupont)、碳纸(日本，Toray)；精密电子分析天平、油压机、FC Impedance Meter KFM2030 电子负载、燃料电池评价台、Gamry 电化学工作站；……