PEM水电解：Quin Tech及Fuel Cells Etc公司CCM测试结果

葡萄牙波尔图大学研究工作

主要内容：Nafion117欧姆电阻高于Nafion115约5%，电解电压高出1.5%。从阳极催化剂的影响来看，Ir黑、IrRuOx和IrRuOx/Pt的性能相近，而IrOx的性能较差。与Ir黑相比，IrRuOx/Pt混合在2.6A/cm²时电压降低1.5%，而IrRuOx在0.3A/cm²时电压降低2%。

Introduction：1976年，Miles和Thomason发现在0.1mol/L硫酸中OER的催化活性顺序为Ir≈Ru>Pd>Rh>Pt>Au>Nb。在研究的金属氧化物中，RuOx的催化活性最好，价格更便宜，金属导电性与IrOx相当。然而，RuOx比IrOx更容易被腐蚀，这使得IrO₂成为OER的主要催化剂，当前的负载约为2mg/cm²。阴极负载为Pt/C，当前载量为0.5-2mg/cm²。

电解槽：如图1所示，电解槽EC-EL-05来自美国马萨诸塞州ElectroChem公司。有效面积为5cm²、Ti双极板、0.3mm Pt涂在Ti毡。每个测试的CCM用新的PTL组装，并用0.3mm厚度的硅胶垫圈密封。在12个螺栓中，每一个施加的扭矩为3.5 N*m。用k型热电偶测量了器件在活性区域附近的工作温度。它的加热系统由两个60W硅橡胶加热器(SR3033 G17)连接到电池的每一侧。

图1 EC-EL-05（a）双极板，（b）PTL。

CCM：见下表。

供应商性能比较：见图2，Quintech相对较优，活化过电势较低。

图2 80℃条件下不同供应商性能比较：（a）极化曲线、（b）活化过电势、（c）欧姆过电势。

膜比较：Nafion117膜更厚（183μm Vs 127μm），欧姆阻抗大，但仅在高电流优势较为明显。在1A/cm²电密下两者相差不大，从寿命角度考虑可能Nafion117优势更大一些。

图3 80℃条件下不同膜性能比较：（a）极化曲线、（b）活化过电势、（c）欧姆过电势。

催化剂类型：见图4，IrRuOx性能比Ir黑、IrOx高，IrRuOx+Pt黑性能高于IrRuOx（活化过电势相近，但欧姆过电势更低，可能是Pt黑与PTL界面接触电阻较小所致）。

图4 80℃条件下不同催化剂性能比较：（a）极化曲线、（b）活化过电势、（c）欧姆过电势。

温度影响：很明显，升温性能提升，反应能垒降低以及质子传输变快所致。

图5 80℃条件下不同温度性能比较：（a）极化曲线、（b）活化过电势、（c）欧姆过电势。

氢气渗透影响：经过LSV测试后，H₂将从阴极渗透至阳极，对催化剂表面进行部分还原，IrOx表面将变成表面水合的氧化物，性能更佳但耐久性较差（活化过电势降低，催化剂表面电荷密度提高）。在这些催化剂之中，IrOx提升最为明显，Ir黑其次，IrRuOx提升最小。

图6 QuinTech的CCM在LSV测试前后性能比较：（a）极化曲线、（b）活化过电势、（c）欧姆过电势。

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