聚合物／无机颗粒复合质子交换膜研究进展

概述了近几年来燃料电池用聚合物／无机颗粒复合质子交换膜的研究现状,重点介绍了全氟磺酸聚合物／无机颗粒复合质子交换膜、磺化聚合物／无机颗粒复合质子交换膜的制备方法和性能特点,并对今后的研究方向进行了展望。     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

质子交换膜是氢燃料电池中的关键部件之一,然而它的性能却不能完全满足人们的需求,因此对质子交换膜的改性研究一直在拓展、深入。介绍了不同种类的质子交换膜,即全氟磺酸、部分氟化、无氟、复合质子交换膜的研究情况,综述了质子交换膜材料的改性方法以及高温、阻醇型质子交换膜的研究进展,指出了当前研究的特点和问题,提出了今后质子交换膜研究的发展方向。     

静电纺丝纳米纤维质子交换膜的制备与表征

采用静电纺丝法制备了SiO2/PVDF纳米纤维复合膜,并把其作为一种增强体浸渍到全氟磺酸树脂中得到SiO2/PVDF/Nafion纳米纤维增强复合质子交换膜,利用扫描电子显微镜观察了复合膜的表面形貌及纤维分散状态,研究了复合膜的热稳定性和热机械性能,并考察了复合膜在不同温度下质子传导性能.结果表明全氟磺酸树脂充分填充纤...     

燃料电池质子交换膜研究现状与展望

质子交换膜燃料电池是目前研究的热点之一，研究方向包括提高燃料电池效率、减少成本、提高耐久性等。作为质子交换膜燃料电池的核心部件，质子交换膜性能的好坏直接影响燃料电池的性能与寿命。文中首先概述了燃料电池质子交换膜的工作原理。随后，总结了燃料电池质子交换膜的分类，主要分为全氟磺酸质子交换膜、部分氟化聚合物质子交换膜、复合质子交换膜以及非氟化聚合物质子交换膜四大类，同时还简述了质子交换膜的制备工艺。最后，介绍了燃料电池质子交换膜的优化方案，主要包括有机/无机纳米复合质子交换膜、改进质子交换膜的骨架材料、调整质子交换膜的内部结构、机械增强型质子交换膜以及自增湿型质子交换膜。     

二氧化硅掺杂增强型全氟磺酸质子交换膜研究

在全氟磺酸质子交换膜中掺杂二氧化硅被认为是提高膜保水性的行之有效的方法。通过溶胶-凝胶法制备SiO₂溶胶,并将其掺入全氟磺酸树脂溶液中,以膨体聚四氟乙烯(ePTFE)多孔膜作为增强层,采用涂布法制得具有不同SiO₂掺杂量的增强型全氟磺酸质子交换膜。通过扫描电镜观察及元素能谱分析,确认SiO₂在膜中分散均匀,成膜效果良好。经实验研究表明,最佳SiO₂掺杂量为1%。该膜相较未掺杂SiO₂的全氟磺酸质子交换膜,具有更高的机械性能和质子电导率,所装配的单电池输出性能也有明显提高,在100%和50%相对湿度下,峰值功率密度分别达到了460和246 mW/cm²,相比未掺杂SiO₂膜,分别提升了7.5%和16.0%。     

燃料电池用质子交换膜退化机理研究进展

近年来,质子交换膜燃料电池技术随着新研究方法的出现得到了快速的发展。对质子交换膜退化机理的深入理解及对质子交换膜寿命及长期性能的改善已成为质子交换膜燃料电池商业化的前提。因此,相关研究成为目前燃料电池研究的热点。综述了全氟磺酸质子交换膜物理、化学退化机理方面的研究进展及近年来在提高质子交换膜耐久性方面的研究工作。     

短支链全氟磺酸膜在高温环境下的应用

考察了与Nafion结构相似的短支链全氟磺酸树脂膜在中高温条件下的应用前景.通过对短支链的Aquivion膜(EW:790)与Nafion211膜(EW1100)进行质子传导率和单电池性能测试表明Aquivion膜具有更好的电化学性能,且这种优势在高温低湿环境下更为突出.同时还发现全氟磺酸质子交换膜内有一部分不易自由移动的水,这部分水将影响到膜的性能.     

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.     

全氟磺酸膜燃料电池的研究

电解质膜的性能直接影响燃料电池的性能。目前全氟磺酸树脂膜(PFSA)是燃料电池应用最广泛的电解质膜,具有良好的稳定性和质子电导率。在研究高温质子传导率和燃料渗透率的基础上,采用磺化度为30%的磺化聚砜(SPSF)对全氟磺酸膜进行改性,取得了良好效果,为全氟磺酸膜燃料电池的商业化应用打下了良好的基础。     

改性全氟磺酸阻醇膜研究进展

全氟磺酸质子交换膜以其优良的化学稳定性、热稳定性和电导率而广泛应用于直接甲醇燃料电池。然而全氟磺酸质子交换膜存在严重的甲醇渗透问题,致使其在直接甲醇燃料电池中的应用受到了限制。讨论了甲醇在Nation膜中的渗透机理,综述了降低甲醇渗透率的方法,并从电导率和甲醇渗透率的角度对这些方法作出了评论。     

质子交换膜燃料电池CCM膜电极

采用喷涂工艺制备了三合一(CCM,Catalyst Coated Membrane)型质子交换膜燃料电池膜电极,研究了分散剂、催化剂、质子交换膜对膜电极性能的影响.结果表明:CCM型膜电极的放电性能好于传统热压方法制备的膜电极;乙醇、异丙醇和乙二醇等水溶液分散剂对CCM膜电极中低电流密度区放电性能影响不大,而在高电流的浓差极化控制区乙二醇最佳,而乙醇最差;优化催化剂的Pt担量和阴极催化剂的用量能够显著提高膜电极的性能,而通过减小质子交换膜的厚度,降低膜的面电阻可以进一步提高膜电极的放电性能.     

质子交换膜燃料电池用SPTFS/PTFE复合膜研究

将磺化聚α,β,β 三氟苯乙烯(SPTFS)树脂浸入到多孔的聚四氟乙烯(PTFE)膜的孔中,制成SPTFS/PTFE复合膜用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)。与均质膜相比通过这种复合方法降低了膜的吸水率。复合膜的电导率在10-2S/cm范围。在80℃,p(H2)/p(O2)压力比为0.2MPa/0.2MPa条件下,用复合膜组装的电池性能与Nafion 115膜组装的电池性能进行了比较。复合膜组装的电池在0.5V时的电流密度(1200mA/cm2)大于Nafion 115膜的(1000mA/cm2);在低电流密度区(小于700mA/cm2),复合膜性能低于Nafion 115膜;在高电流密度区(大于1000mA/cm2),复合膜性能明显高于Nafion 115膜。     

质子交换膜燃料电池膜电极组件研究

膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池的核心部件。系统地研究了MEA的组成和结构对其性能的影响。研究提出:催化层中掺杂Nafion聚合物的亲水电极比传统的催化层中掺杂PTFE的疏水电极性能有了较大的提高;不同种类质子交换膜对MEA的性能影响很大,Nafion112和Dow膜是目前比较适宜的质子交换膜;采用石墨类碳纸的电极性能高于采用碳纤维类碳纸的电极;电极催化层中Nafion聚合物的最佳含量比为30%左右。根据氢电极和氧电极反应难度的不同,提出为了减少催化剂的用量同时不显著影响电池的性能,氢电极的铂载量应该低于电极的观点,并通过了实验验证。     

SPEEK膜与Nafion膜在钒液流电池中的应用研究

研究了Nafion膜与SPEEK膜两种质子交换膜的含水率、膨胀率、阻钒性能以及在钒液流电池样机中的充放电性能,并结合两种隔膜的基本化学结构对产生这些差异的原因进行了分析.静态测试结果表明.SPEEK膜的含水率、膨胀率大于Nafion膜,其阻钒性能也比Nafion膜好.在钒液流电池样机中的充放电测试结果表明,Nafion膜的质子交换能力优于SPEEK膜.SPEEK膜与Nafion膜性能的差异可能与两者化学骨架结构以及磺化基团差异有关.     

燃料电池的复合质子交换膜研究——不同多孔聚四氟乙烯底膜对复合膜性能的影响

把Nafion树脂浸入到不同的聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜孔中,制成Nafion/PTFE复合膜用于质子交换膜燃料电池(PEMFC).从SEM照片上看,Nafion树脂已均匀地分布在PTFE多孔膜中,而且已有一层均匀的薄Nafion膜存在于PTFE多孔膜表面.在80 ℃,pH2/pO2为0.2 MPa/0.2 MPa条件下,对比基于不同PTFE膜的复合膜组装的电池性能,结果表明,PTFE膜中孔的体积越大,其复合膜组装的PEMFC性能越好.