Sn掺杂CeO₂中Ce³⁺的形成机制及其对质子交换膜燃料电池耐久性的影响

作者：涂自强; 何漩; 杜星; 陈辉; 赵雷; 张海军; 王诚

来源：硅酸盐通报, 2023, 42(05): 1841-1851.

DOI：10.16552/j.cnki.issn1001-1625.20230324.005

• CeO2
• Sn掺杂
• 密度泛函理论计算
• 氧空位
• 质子交换膜燃料电池
• 耐久性

在质子交换膜燃料电池（PEMFC）运行过程中，产生的自由基会攻击质子交换膜，使其开裂或形成孔洞，导致电池失效。常见的改性方法是在质子交换膜（PEM）中添加自由基清除剂材料。基于此，本文合成了Sn掺杂CeO2自由基清除剂，通过提高Ce3+浓度来增强其在PEMFC中自由基清除性能，避免PEM厚度迅速减薄，从而提高质子PEMFC的耐久性。密度泛函理论计算和试验结果表明，Sn掺杂会引起CeO2产生晶格畸变，降低氧空位形成能，促进CeO2中Ce3+的形成。同时，Sn2+的加入可将CeO2-Sn样品中的Ce4+还原为Ce3+,提升Ce3+的浓度，从而提高PEM的耐久性。单电池测试结果表明，经70 h的开路电压衰减测试，CeO2-Sn-5%改性后的质子交换膜组装的单电池电压衰减率最低（18%）,且功率保留率（56%）比其他样品更高，表明该样品具有更优异的耐久性。

• 单位
  清华大学; 武汉科技大学