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葡萄牙波爾圖大學研究工作

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主要內容：Nafion117歐姆電阻高于Nafion115約5%，電解電壓高出1.5%。從陽極催化劑的影響來看，Ir黑、IrRuOx和IrRuOx/Pt的性能相近，而IrOx的性能較差。與Ir黑相比，IrRuOx/Pt混合在2.6A/cm²時電壓降低1.5%，而IrRuOx在0.3A/cm²時電壓降低2%。

Introduction：1976年，Miles和Thomason發現在0.1mol/L硫酸中OER的催化活性順序為Ir≈Ru>Pd>Rh>Pt>Au>Nb。在研究的金屬氧化物中，RuOx的催化活性最好，價格更便宜，金屬導電性與IrOx相當。然而，RuOx比IrOx更容易被腐蝕，這使得IrO₂成為OER的主要催化劑，當前的負載約為2mg/cm²。陰極負載為Pt/C，當前載量為0.5-2mg/cm²。

電解槽：如圖1所示，電解槽EC-EL-05來自美國馬薩諸塞州ElectroChem公司。有效面積為5cm²、Ti雙極板、0.3mm Pt涂在Ti氈。每個測試的CCM用新的PTL組裝，并用0.3mm厚度的硅膠墊圈密封。在12個螺栓中，每一個施加的扭矩為3.5 N*m。用k型熱電偶測量了器件在活性區域附近的工作溫度。它的加熱系統由兩個60W硅橡膠加熱器(SR3033 G17)連接到電池的每一側。

圖1 EC-EL-05（a）雙極板，（b）PTL。

CCM：見下表。

供應商性能比較：見圖2，Quintech相對較優，活化過電勢較低。

圖2 80℃條件下不同供應商性能比較：（a）極化曲線、（b）活化過電勢、（c）歐姆過電勢。

膜比較：Nafion117膜更厚（183μm Vs 127μm），歐姆阻抗大，但僅在高電流優勢較為明顯。在1A/cm²電密下兩者相差不大，從壽命角度考慮可能Nafion117優勢更大一些。

圖3 80℃條件下不同膜性能比較：（a）極化曲線、（b）活化過電勢、（c）歐姆過電勢。

催化劑類型：見圖4，IrRuOx性能比Ir黑、IrOx高，IrRuOx+Pt黑性能高于IrRuOx（活化過電勢相近，但歐姆過電勢更低，可能是Pt黑與PTL界面接觸電阻較小所致）。

圖4 80℃條件下不同催化劑性能比較：（a）極化曲線、（b）活化過電勢、（c）歐姆過電勢。

溫度影響：很明顯，升溫性能提升，反應能壘降低以及質子傳輸變快所致。

圖5 80℃條件下不同溫度性能比較：（a）極化曲線、（b）活化過電勢、（c）歐姆過電勢。

氫氣滲透影響：經過LSV測試后，H₂將從陰極滲透至陽極，對催化劑表面進行部分還原，IrOx表面將變成表面水合的氧化物，性能更佳但耐久性較差（活化過電勢降低，催化劑表面電荷密度提高）。在這些催化劑之中，IrOx提升最為明顯，Ir黑其次，IrRuOx提升最小。

圖6 QuinTech的CCM在LSV測試前后性能比較：（a）極化曲線、（b）活化過電勢、（c）歐姆過電勢。

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