甲醇燃料电池电极相关反映过程分析

甲醇燃料电池作为一种新兴的电池，在寿命及功效上都有卓越的表现。但关于这种新型的电池技术，网络上的资料并不多。针对于此小编特意对网络上的资料进行了整理，为大家说收集了关于甲醇燃料电池交流抗谱的分析，下面就快随小编一起来看一看吧。

对交流抗谱进行分析的主要目的，是为了反映出各类电极上的相关反映过程，根据选择电极的种类分为大比表面积Pt电极研究和Pt2Ru电极阻抗谱研究。

通过假设电极反应涉及两类吸附中间产物进行了谱图解释。后续的研究工作者，则将其假设简化为一种吸附中间产物。对于Pt2Ru电极的研究发现，假设一种中间产物对谱图的拟合就已经足够好。对于两类电极的研究意义在于前者通常发生在实际电池反应的阳极，而后者则发生在甲醇渗透情况下电池的阴极。比较统一的结论如下：

(1)对于Pt电极和Pt2Ru电极，甲醇氧化反应机理是不同的；

(2)对于Pt电极，表面氧化吸附物将和甲醇氧化竞争同一活性位点；

(3)对于Pt2Ru电极，由于甲醇和水分子对于活性位点亲和力差异较大，中间吸附产物对于阻抗行为的影响不显著。

图1 典型DMFC阻抗谱

典型的DMFC阻抗谱，在10kHz~011Hz的频谱范围内将呈现一系列的阻抗弧，一般为2~3个，如图1，不同的阻抗弧对应于不同的过程阻力。311高频谱频率高于103量级Hz范围内出现的高频弧，其半径会随着温度的升高而减小，但并不随着阳极电势的改变而变化。Mueller等。

认为该弧半径对应于质子交换膜的离子阻抗，其中的容抗值依赖于膜的厚度，但并不完全由膜厚度决定，其值反映了电极几何电容和双电层电容。电池其他部分阻抗的增加，会使半圆弧向高频区移动，也同时说明高频弧与实轴高频段的交点代表欧姆阻抗。Ciureanu等。

认为这部分阻抗由未补偿电阻和膜、催化剂、扩散层、双极板的体电阻和界面电阻构成。在高频端出现的感抗值一般认为是导线感抗。对于阴极，谱图在高频端一般是线性谱（斜率1）。

312中频谱频率在103Hz~100Hz量级范围内的中频区，对于阳极而言，中频弧半径会随着过电势的增加而减小，显然这个阻抗弧代表了反应阻抗。定量结论表明，其容抗随着放电电流的增加而增加，随着甲醇浓度的减少而增加，说明催化剂表面活性位点会被更少的吸附中间产物占据。对于低电流密度放电，第4象限会出现明显感抗特性，Piela等。

认为感抗值

L跟中间产物对活性位点覆盖程度密切相关：L<0时，低覆盖；Ly0，高覆盖；覆盖逐渐增大。对于阴极而言，同H2Pair电池类似，氧气浓度、流量均会影响阻抗弧的大小，因此可以断定氧还原反应动力学和氧气传质过程对这部分阻抗皆有贡献。进一步的定量分析还需要考虑渗透甲醇氧化反应的影响：降低Pt2OH对催化剂的覆盖度，增加了CO吸附中间产物的覆盖度。容抗值则代表MEA的活性面积，研究表明由于阳极催化剂Ru渗透，会使此值大于正常Pt电极的活性面积。容抗值正比于甲醇浓度，因此跟甲醇渗透密切相关。313低频谱频率低于100Hz，会出现第三个阻抗谱。

对于阳极而言，其半径会随着甲醇流量和浓度的增加而降低，并随着阳极腔室内的压力升高而降低，说明其代表甲醇扩散至催化剂层的扩散阻力。对于阴极，这个弧只发生在空气进料的电池内，而对于氧气进料的电池，阴极则不出现此弧，这也可以得出此弧代表氧气扩散阻力的结论。产生的原因可能是扩散阻力，也可能是水淹。对于低频区的阻抗谱，Wagner等。

发现还可能出现一条斜率为1的直线，被定义为Warburg阻抗，而相应的弧则被定义为能斯特阻抗，其值反应了阴极扩散层的扩散阻力。更低的频率区则会出现感抗弧，一般认为是（CO）ad的吸附程度变化引起的。

从电池的发展趋势来看，甲醇燃料电池正越来越受到开发商和设计者的喜爱。这种技术将很有可能在未来的几年中替代现行的电池技术，小编也将持续关注关于甲醇燃料电池的更多相关资讯与技术，并为大家及时进行整理。