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1、本科毕业论文论文题目 ：燃料电池电极催化剂石墨烯的性能评估姓名 ： 张航琦学号 ： 1020120101班级 ： 10205101年级 ： 2014专业 ： 应用化学学院 ： 化学生物与材料科学学院指导教师 ： 宋少青（博士）完成时间 ： 2014年 5 月 26日作 者 声 明本人以信誉郑重声明：所呈交的学位毕业设计（论文） ，是本人在指导教师指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，不包含他人成果及为获得东华理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人
2、和集体，均已在文中以明确方式标明。本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归东华理工大学所有。特此声明。毕业设计（论文）作者（签字）：签字日期： 年 月 日本人声明：该学位论文是本人指导学生完成的研究成果，已经审阅过论文的全部内容，并能够保证题目、关键词、摘要部分中英文内容的一致性和准确性。学位论文指导教师签名： 年 月 日东华理工毕业论文燃料电池电极催化剂石墨烯的性能评估张航琦The fuel cell electrode catalyst - Performance Evaluation of graphaZhanghangqi东华理工毕业论文摘 要随着石化资
3、源的日渐消耗，新能源的研究愈来愈发的紧迫，而燃料电池的研发可以为人类带来无尽的发展前景。因为碳元素和化合物的有多种排列顺序的选择，造成了碳的多种不同形态如碳纳米管，石墨烯等含有特殊性质的碳元素，这些碳单支和化合物在材料、物理和化学中的表现在最近几十年中得到了科学家们的重视开始了这些领域的研究和发展。关键词：燃料电池，催化剂，石墨烯东华理工毕业论文AbstractWith the growing consumption of fossil resources, research new energy increasingly urgent hair, and fuel cell R & D ca
4、n bring endless prospects for humanity. Diversity, carbon and its compounds and compounds of the carbon elemental composition of the material has been one of the research priorities in the field of physics and chemistry. Especially the last three decades, with the continued discovery phase C60, carb
5、on nanotubes (CNTs), graphene (Graphene) and other stars of materials, carbon materials research successive climax.Keywords: fuelcell， catalysts ，graphene东华理工毕业论文1前言 .11.1 燃料电池种类和发展现状。 .11.1.1碱性氢氧燃料电池。 .11.1.2 磷酸型燃料电池(PAFC) .21.1.3 质子交换膜型燃料电池(PEMFO) .21.1.4 熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC) .21.2电催化 .61.3改性石墨烯直接作为燃料
6、电池阴极催化剂 .62燃料电池工作原理分析 .73 实验步骤，数据处理 .83.1实验结果分析 .94、展望 .12参 考 文 献: .13致谢 .14东华理工毕业论文11前言发电设备中燃料电池（Fuel Cell）是比较普遍的出现在生活中的，燃料电池顾名思义需要燃料的供给，在空气或者一些助燃气体的辅助下送入电极，反应之后电能就会被激发出来。虽然从外观上看与蓄电池很相似，由正电极、负电极和电解质等构成，也是化学能转变为电能的表现，但实际上它却不能用于储电而是一个发电装置。在热力学方面、电催化方面、材料学方面和自动化控制方面都有包括燃料电池必须的知识，所以燃料电池工作机理很繁琐，燃料电池对环境造
7、成的污染少，并且能直接将燃料的化学能量转变成为工作生活所需要的电力，在这个过程中没有发生物体的燃烧，所以这个转化的作用受不到卡诺循环的限制。许多火力发电站只有不到 35%的能量利用率，而让人们广为了解的核电站，其电能转化率只能在 40%以内，但是燃料电池由化学能转化为电能的效率在 49%以上，充分表明了燃料电池转化电能的巨大优势。燃料电池所需要发电的场所面积要求不高，地点的选择方便，能在很短的时间内完成电站的建设，通过组装电池堆达到实际所需的功率，十分便捷。在许多社区，工厂和大型的建筑地点，燃料电池都可以应地形而方便的做出电站的是集中还是分散的选择，相当便捷和使用。其负荷响应迅速，运行效率更加
8、强，燃料电池在一瞬间之内就可以从最低功率变换到使电器正常工作的额定功率。1.1 燃料电池种类和发展现状。能源与环境问题一直都是人类生活中的大问题，也是急待解决的问题，而燃料电池以其优异的发电性能以及高度的环保性能，在这几年中都是人们争相研究的热点。相对于常规电池，燃料电池是一种能够通过氧化还原反应在阴极和阳极发生反应生成电能的装置。燃料和氧化剂需要不间断的注入电池中，持续的燃料与氧化剂的供应，使得燃料电池能够不间断地提供电能。根据工作温度不同分为低、中、高温三种型。电解质燃料类型分为碱性燃料电池，磷酸燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池和聚合物离子交换膜燃料电池。1.1.1碱性氢氧燃料电池。如今电池技
9、术飞速的发展，碱性燃料在航天飞行已经成功的运用此技术。碱性燃料电池在载人航天飞行中被利用时，电池里面发生化学反应生成的水通过机器的处理和加热后宇航员可以直接饮用，与此同时其生成的氧气还可与宇航员生命保障而提供充足的供应。美国已成功地将lgacon型碱性燃料电池用于阿波罗登月飞行计划中，并且运用的十分成功。东华理工毕业论文2燃料电池的研发曾经在我国70年代的时候非常风靡，一度得到国家的重视。中国科学院物理研究所成功研制出了两种石棉膜型、静态排水的碱性燃料电池。在航天环膜实验中这两种模型都达到了预期的效果让中国科学家们看到了未来的希望，也为推动航天事业做出了很大的贡献1.1.2 磷酸型燃料电池(P
10、AFC)燃料电池在民用技术中最为突出的便是磷酸型燃料电池，其燃料是天然气重整气体，氧化剂选用廉价易得的空气，这个装置产生电能的方式是将含有浓磷酸的二氧化硅微孔膜作为电池的电解质，玻碳电极作为电池反应的催化剂。小功率的电池可供现场实用或紧急使用电源来实用（50kw-200kw）,大型电池（超过1000kw）便可以当做区域电站来给区域地点供应店能，日本就实用4500kw此电池给居民供电，且使磷酸型燃料电池在实际生活中更加实用化。据报道目前有91台200千瓦 PC25其最长的已运行37000小时，这些在北美、欧洲等地区得到了证实。这些应用实例都证明磷酸型燃料电池是非常实用且安全的电池，在很多领域能发
11、挥出其去打的作用只有40%的热电效率使得此电池效率过低，余热也大大不足，仅200，其价值无法有效利用，造成了一定的浪费，而且在时间上电池不能迅速启动，所以随身携带当做备用电源的可能性很小，使得电池的适用范围极度缩小，最后导致科学家们对电池失去研究的乐趣而把实验的目的转向用常见金属掺杂玻碳的氧化催化剂的研究，并且提出了铁、钴、镍、铜在铂电极上的锚位定向作用。1.1.3 质子交换膜型燃料电池(PEMFO)1970年初， 在Gemini宇航飞行中美国成功的将PEMFC最先运用与飞行中。但是研制此种电池所需要的材料非常欠缺和价格的问题（高价铂黑在电池中使用频繁）使得此项技术发展的前期相当缓慢。最终在国
12、防部的资助之下加拿大的巴拉德公司在70年代才开始进行质子交换膜型燃料电池的研究。随着研究时间推进到21世纪，此项技术已经取得飞速的进展，电池功率也从以前的几十千瓦每什增加至一千千瓦以上，大大超过了研制初期电池的功率，以至于可以用作交通工具行驶所需的电能提供，足见这一研究成果所取得的重大成就。美国三大汽车公司(通用，福特，克莱斯勒)均在DOE资助下发展质子交换膜型燃料电池电汽车，德国的戴姆勒-奔驰和日本的本田等也在发展PEM 电汽车，加拿大巴拉德研制的5kW(MK5)，10kW(MK513)电池组性能见表。1.1.4 熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)温度达到650摄氏度但不能超过700摄氏度，在
13、这个温度梯度下运行是这种电池工作的温度条件，以LiAIO 3隔膜为电解质，以雷尼镍和氧化镍为主的电催化剂组合，电池反应中无需运用任何贵重金属，燃料的选取也相当方便，生活所用的天然气和煤气就可以最大限度的发挥电池的效率，非常方便和省时。在美国、日本和西欧大规模电厂的实验也在不紧不慢的研发中。东华理工毕业论文3在过去30年美国政府一直积极的研发熔融碳酸盐型燃料电池。能量研究公司已具备年产2MW 5MW 外部人员和市民公共使用管道型熔融碳酸盐型燃料电池生产与销售能力，并正在进行熔融碳酸盐型燃料电池试验运行，该电池三个电极面积为0.55由240个单电池组成，功率达到了123kW 。IGT 创立了年产3MW MCFC 生产能力的熔融碳酸盐动力公司(MCP)，进行了一个电厂试验用到的电极面积为1.06，其功率为250千瓦，于1995年ERC建立了2兆瓦功率的试验性电厂。在DOE资助下，能量研究公司和熔融碳酸盐动力公司分别在进行5午的商业开发计划以尽早实现熔融碳酸盐型燃料电池商业化。1994年，在日立和石川岛重工完成了的两个功率达到100kw电极面积为一米的加压外重整熔融碳酸盐型燃料电池。正在川越火力发电厂安装的是由中部电力公司所设计的1兆瓦
