用于聚電解質膜燃料電池研究的簡易式小型測試平臺的開發

本文介紹的簡易式小型燃料電池測試平臺由商用壓縮配件和石墨棒集流器創建，用于對由Nafion膜和Nafion浸漬鉑制成的圓盤形膜電極組件（MEA）中碳纖維布陽極和陰極進行診斷測試（文中Fig.1）。該測試平臺的一個關鍵優勢是，它只需要很少的材料，可能只需幾毫克，即可進行燃料電池測試。碳布電極上負載鉑的電化學活性表面積（ECSA）值通過原位（在燃料電池中）和非原位（在液體電解質中）在類似制備的電極上的循環伏安法獲得，將這些方法相互比較以估計燃料電池陰極中由Nafion離聚物接觸的鉑催化劑的分數。極化曲線是在控制電位條件下通過常規電分析儀器采用慢掃描循環和采樣電流伏安法和電位階躍電流法所獲得。使用該平臺進行的測試與旋轉圓盤電極（RDE）伏安法測試相輔相成，該測試方法還允許在少量材料上進行催化劑測試，通常初始篩選新型燃料電池催化劑,它們也是傳統燃料電池測試的補充（文中Fig.4）。

總之，小型PEM燃料電池測試平臺是用于執行使用少量材料制造的燃料電池膜電極組件的診斷測試，其可以適用于小于0.1cm2的有效面積的電極組件，并且具有電分析儀器和相關方法，在電化學研究的實驗室中通常可用。通過在不存在液體電解質的情況下進行測試，揭示了運輸過程的相關影響，例如在電極層內離子、電子和質量的傳輸。而基于RDE的測試側重于電催化活性，但不提供電極中的傳輸過程的信息。因此，使用該平臺進行的測試是的基于RDE測試的補充。

Fig.1.Graphical and pictorial illustrations of theminiature PEM fuel cell test fixture developed for thiswork.Left,diagram of theassembled partsthat makeup thetest fixture.Right,photograph of the text fixturein use.For clarity,thebottom photograph isshown without the heating tapethat normally surroundsthecell when in useto allow for cell temperature control.

Fig.4.Ex-situ cyclic voltammetry of a carbon cloth disk electrode,similar to that shown in Fig.3,except that theelectrodewasmounted onto a glassy carbon disk electrodeand studied at lab ambient temperature(approximately 23°C)while immersed in aqueous0.5 M H 2SO4 solution.Left,hydrogen adsorption/desorption voltammetry,ECSA=74.1 m2 gPt-1.Right,CO stripping voltammetry,ECSA=87.3 m2 gPt-1.In both cases the solution waspurged with argon gasprior to initiation of scan.Potentialsareapplied vs.a reversiblehydrogen electrodeat a scan rateof 50 mV s-1.