高温浸渍法PBI/H3PO4复合膜特性及电池性能研究

以国产3,3’-二氨基联苯胺和间苯二甲酸为单体,合成了具有良好溶解性的聚苯并咪唑(PBI)树脂.通过红外和核磁共振表征证实了聚苯并咪唑的结构.溶液浇铸法制备了PBI膜,并利用高温浸渍法制备了PBI/H3PO4复合膜,考察了浸渍温度对膜特性的影响.相对于室温浸泡,高温浸泡磷酸降低了复合膜的初始水含量,有利于提高膜中酸含量,从而提高电池性能.采用PBI作为粘结剂、聚偏氟乙烯(PVDF)作为憎水剂、Pt/C为催化剂制备了催化层,通过优化催化层中各组分配比制备了膜电极,并采用无增湿氢气和氧气对膜电极性能进行了测试,在表压0.2 MPa、150℃的条件下,电池最大功率密度达到1.537 W/cm2.     

不同厚度PTFE增强复合膜的SPE水电解性能

采用溶液浇铸法制备Nafion/PTFE复合膜,测试了复合膜的含水率、尺寸稳定性、机械强度和质子电导率,并将其应用到固体聚合物电解质(SPE)水电解中.在制备复合膜的同时将催化层喷涂到膜的两侧,最后复合膜与催化层共同结晶,使其一体化,增强复合膜与催化层的结合强度,满足水电解领域应用要求.评价不同厚度Nafion/PTFE复合膜制备的CCM对水电解池性能的影响并与Nafion112膜比较.相同操作条件下厚度小于30 μm的复合膜水电解槽电压低于Nafion112,降低水电解能耗和膜成本.     

液流钒电池用TiO2/Nafion/PP质子交换膜的研究

以聚丙烯膜(PP)为基体,采用浸渍法制备了新型质子交换膜Nafion/PP膜,并通过掺杂的方式制备了复合膜TiO2/Nafion/PP。采用扫描电镜仪(SEM),红外光谱对复合膜进行了表征,测定了膜的质子交换容量和电导率,并考察了以两种复合膜作为隔膜的液流钒电池的电化学性能。结果表明:TiO2掺杂改性以后,TiO2/Nafion/PP的质子交换容量为0.7298mmol/g,含水率为17.86%,分别比Nafion/PP膜提高了75%和117%,复合膜电导率比Nafion/PP提高了27%。电化学测试结果表明:以TiO2/Nafion/PP为隔膜的模拟液流钒电池电池效率为67.76%,显示出优良的循环稳定性。     

磺化聚醚醚酮/Nafion复合质子交换膜的制备及性能

以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为原料,采用静电纺丝技术制备了SPEEK/Nafion复合膜(SP/NF),并采用热喷涂法在SP/NF膜上喷涂Nafion溶液制备了SPEEK/Nafion/Nafion复合膜(SP/NF/NF)。通过扫描电镜测试及红外光谱测试等方法对膜的物理结构进行了表征,同时测试了膜的吸水率、离子交换容量及质子传导率,并将复合膜组装成单电池测试了电池性能。结果表明,SP/NF/NF复合膜的质子传导率及单电池测试的最高功率密度均高于Nafion 212膜,且复合膜的成本低于Nafion膜,显示了其作为质子交换膜应用于燃料电池系统的潜能。     

燃料电池用WO3/PFSA复合膜的制备及研究

用具有溢氢效应的三氧化钨(WO3)对全氟磺酸聚合物电解质膜(PFSA)改性,制备了一系列WO3/PFSA复合膜。对制备的复合膜进行扫描电镜(SEM)、能谱(EDX)测试,结果表明复合膜的表面均匀而致密,W元素分布在整个膜中。热重实验表明复合膜的热稳定性能提高了。复合膜具有明显的阻醇作用,并随膜中WO3含量的增加阻醇性能增强。质子电导率的测试结果表明,在非极化状态下复合膜的质子电导率和Nafion誖112膜相比有所降低。     

SPSU/PWA/SiO2有机-无机复合质子交换膜的研究

以磺化聚砜(SPSU)、磷钨酸(PWA)和二氧化硅(SiO2)溶胶为原料,制备了一种SPSU/PWA/SiO2有机-无机复合质子交换膜。研究了SiO2对复合膜的抗氧化性、膜内PWA的稳定性、阻醇性、电导率等性能的影响。研究表明:当SiO2掺杂质量分数为2%时,复合膜显示了最佳的性能;80℃下,质子传导率超过Nafion膜,达到0.166S/cm,而甲醇渗透系数约为Nafion117膜的1/10。     

一体式再生燃料电池双效膜电极的研究

对一体式再生燃料电池双效膜电极进行研究,重点考查了膜电极制备工艺、双效电极催化剂和扩散层材料的影响,并用(SEM)对膜电极表面结构进行表征。结果表明:采用CCM工艺制备的双效复合膜电极表现出优异的燃料电池和水电解双功能特性以及循环稳定性,在燃料电池模式运行时,工作电压为0.708 V@1 000 mA/cm2;水电解模式运行时,工作电压为1.623 V@1 000 mA/cm2,URFC循环运行100 h,电池表现出良好的稳定性。膜电极表面结构和极化特性分析表明:CCM膜电极制备工艺实现了催化层和质子交换膜的一体化,改善了电极与质子交换膜界面稳定性,提高了膜电极的电性能和循环稳定性。IrO2扩散层提高了膜电极在高电解电位下的耐蚀性能,促进了膜电极在循环运行中的稳定性。     

磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备及性能

将聚醚醚酮(PEEK)与浓硫酸混合,得到了磺化度为73.49％的磺化聚醚醚酮(SPEEK);在SPEEK中加入不同含量的聚丙烯腈(PAN),通过静电纺丝制备出了纳米纤维型质子交换膜(S/P复合膜).通过热压,减小了纤维膜内的孔隙和厚度,有效降低了膜内的燃料分子渗透现象与传导阻抗.结果显示,当PAN质量分数为5％时,S/P复合膜具有与Nafion 211膜相近的吸水溶胀率,但有更高的质子传导率与机械性能.在70℃,100％湿度条件下,S/P复合膜具有更大的输出功率.     

常压氢空自增湿燃料电池用复合质子交换膜

以多孔聚四氟乙烯(PTFE)与Nafion树脂复合制备基底层,在基底层两侧喷涂含有纳米级担载型Pt-SiO2催化剂和Nafion树脂的浆料以形成功能层,所得复合膜(20μm)具有三层复合结构.在常压干态氢气、空气操作条件下,具有三层结构的复合膜(Pt-SiO2/NP)和不含有催化剂的Nation/PTFE(NP)膜的自增湿燃料电池的峰值比功率分别达0.6、0.3 W/cm2,开路电压分别为0.96、0.92 V.采用透射电子显微镜法(TEM)、扫描电子显微镜法(SEM)对膜结构以及利用热重分析(TGA)对膜含水量分别进行表征,同时对膜机械性能以及氧气渗透率进行了测试.     

硅溶胶复合全氟磺酸自保湿膜的研究

采用液相纳米硅溶胶与全氟磺酸树脂(PFSI)/二甲基甲酰胺(DMF)溶液以流延成膜法,制备了各组分分布均匀的Silica/PFSI复合质子交换膜.采用热重法(TG)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、交流阻抗等实验技术对膜的结构和电化学性能进行了研究,并组装了膜电极,测试了单电池在不同温度下的恒电压放电性能.结果表明,纳米Silica/PFSI复合膜具有良好的保水功效,其最快失水温度随SiO2含量的增加而增大.在无外增湿条件下,SiO2质量百分比含量为15%的Silica/PFSI复合膜电极较Nafion(R)112膜电极在70℃时展示了更为稳定的恒压工作性能.     

磺化聚醚醚酮/α-ZrP复合膜的制备、结构与性能

为了提高聚醚醚酮膜在直接甲醇燃料电池中的性能表现,以磺化聚醚醚酮作为基体,掺入经过插层处理的α-磷酸锆制备了磺化聚醚醚酮/α-磷酸锆(α-ZrP)复合质子交换膜.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合膜的微观结构进行了研究,并考察了复合膜的质子传导性能、阻醇性能和电性能.结果表明,α-磷酸锆良好地分散在聚合物基体中,α-磷酸锆的加入提高了复合膜的质子传导性能,并保持了较好的阻醇性能,用该复合膜组装成的单电池的开路电压达到0.448 V,最大比功率达到13.1 mW/cm2.     

胺化条件对季铵化PPEK膜性能的影响

以氯甲基化杂萘联苯聚醚酮(CMPPEK)为膜材料,通过溶液法制备了CMPPEK基膜,然后将其浸泡在三甲胺水溶液中进行季铵化反应得到季铵化杂萘联苯聚醚酮(QAPPEK)阴离子交换膜。比较了CMPPEK和QAPPEK的热失重性能,CMPPEK的5%热失重温度为330℃,QAPPEK的5%热失重温度为260℃,QAPPEK的5%热失重温度与CMPPEK的相比降低了70℃。考察了三甲胺浓度、胺化时间、胺化温度等反应条件对QAPPEK膜性能的影响。结果表明:三甲胺的质量分数为33%、胺化时间为12h、胺化温度为40℃时,得到的QAPPEK膜表现出了较优异的性能,其IEC值达1.64mmol/g,在2mol/LVOSO4+3mol/LH2SO4的混合溶液中测得的面电阻为0.73Ω·cm2,应用于全钒液流电池(VRB)中,电池的能量效率高达85.9%,电流效率为98.4%,电压效率为87.3%。     

聚乙烯醇/硅酸镁锂碱性电池隔膜制备及表征

用溶液浇铸法制备含有聚乙烯醇(PVA)/硅酸镁锂(MLS)的有机无机复合碱性电池隔膜。采用扫描电镜、交流阻抗技术研究(PVA)/MLS复合隔膜的特性。在室温时(23℃),PVA/MLS复合隔膜离子电导率最高可达4.6×10-2S/cm。以PVA/MLS复合隔膜为隔膜组装氢镍电池,当以1倍率充放电时,在1.10～1.25 V有放电平台出现,电池经过300个循环后,放电效率仍然有91%,表明聚PVA/MLS复合隔膜的电化学性能很稳定。     

直接二甲醚燃料电池性能的初步研究

研究了阳极催化剂及电解质膜对直接二甲醚燃料电池(DDFC)性能的影响,并与直接甲醇燃料电池(DMFC)进行了比较.在低电压区,以Pt/C为阳极催化剂的DDFC性能较好;在高电压区,Pt-Ru/C的催化行为更好.DDFC的开路电压随着Nafion膜的增厚而升高,使用Nafion115膜的DDFC最大功率密度为46 mW/cm2.在低电流密度区,DDFC的性能优于DMFC;在高电流密度区,DMFC的性能较好,DDFC的最大功率密度约为相同条件下DMFC的84%     

复合膜法火电厂烟气捕水性能的实验研究

复合膜法捕集火电厂烟气中的水蒸气有望成为火电厂节水的一条有效途径。选用聚醚砜（PES）作为中空纤维膜支撑层材料,磺化聚醚醚酮（SPEEK）作为中空纤维膜涂层材料,制作了用于实验研究的SPEEK- PES中空纤维复合膜;采用模拟烟气（H2O/N2）在实验台上研究了不同磺化度的SPEEK涂层、吹扫气流速、烟气温度等对中空纤维复合膜捕水性能的影响。实验结果表明,复合膜中SPEEK的磺化度不是越高越好;吹扫气流速也存在一个最优值;在实验温度范围（40~70 ℃）内,随着温度的提升,复合膜的捕水性能有所提高。     

湿化学法制备LT-SOFCs材料及其性能研究

采用湿化学法制备了低温固体氧化物燃料电池(LT-SOFCs)阳极材料NiO、阴极材料LSCF(La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3)和电解质材料GDC(Gd0.1Ce0.9O1.95)粉体。X射线衍射(XRD)结果表明三种粉体成相良好,没有杂相存在。采用湿化学法合成的粉体成功制备了GDC膜电解质阳极支撑型固体氧化物燃料电池,并对单电池的电化学性能和稳定性进行了分析和研究。单电池在加湿氢气(3%H2O)燃料中,600℃下最大输出功率密度达384 mW/cm2,并在550℃下经历了约12 h的稳定性测试,输出电压恒定,电池稳定性良好。     

碳纸/纳米MnO2复合电极材料的循环伏安研究

将碳纸与氧化还原反应法制备的纳米MnO2通过液相沉积法形成新的复合电极材料,采用循环伏安和恒流充放电测试技术对复合电极材料进行测试分析,研究结果表明:碳纸/纳米MnO2复合电极材料呈花瓣状开放结构,有利于提高复合电极的比表面积;碳纸基体沉积1 h制备的电极具有最好的稳定性,沉积3 h制备的电极样品稳定性最差,所以沉积时间过长不利于电极电容性的稳定;氧化还原混合溶液浓度为0.2 mol/L,碳纸基体沉积时间1 h的条件下制备的薄膜电极样品的性能最优。     

采用PI/PTFE复合隔膜的Li/SOCl_2电池的性能

制备了一种具有超薄、高吸液率和良好热稳定性的Li/SOCl_2电池用聚酰亚胺(PI)/聚四氟乙烯(PTFE)复合隔膜。通过SEM、同步热分析(STA)、吸液率及恒电流放电等方法,研究PI、玻璃纤维(GF)和PTFE隔膜的结构、热稳定性和吸液性能,以及复合隔膜对Li/SOCl_2电池输出电压的影响。相对于采用GF/GF隔膜的电池,采用PI/PTFE复合隔膜的电池输出电压提升了0.130 V,热生成速率降低了39.4%。     

直接二甲醚燃料电池的研究进展

介绍了直接二甲醚燃料电池的工作原理及其所用燃料二甲醚的性质.综述了目前文献中提出的二甲醚在Pt电极上的电化学氧化机理,并分析了目前二甲醚电催化氧化机理研究中存在的分歧和问题.此外,总结了电池温度、二甲醚的湿度、电池阳极催化剂以及固体电解质膜对电池性能的影响,讨论了直接二甲醚燃料电池今后的研究方向.