磺化皂土改性直接甲醇燃料电池用Nafion膜

以磺化皂土和正硅酸乙酯(TEOS)为掺杂物,采用溶胶-凝胶法掺杂改性Nafion 212膜,并制成膜电极组件(MEA)。通过计时电流、交流阻抗等测试,研究了Nafion 212膜改性前后的甲醇渗透系数、质子电导率及电池功率密度等。改性后的Nafion 212膜,甲醇渗透系数比改性前降低了86%,质子导电率达到69.6 mS/cm;单体电池性能和甲醇渗透电流测试发现:改性膜制备的MEA的甲醇渗透电流密度在30℃和55℃时分别比改性前降低67.7 mA/cm2和61.5 mA/cm2。     

直接甲醇燃料电池质子交换膜改性研究

直接甲醇燃料电池通常使用美国杜邦公司生产的Nafion膜作固体电解质膜,但甲醇易于通过Nafion膜向阴极渗透。解决这一问题是直接甲醇燃料电池研究领域中的热门课题。简单介绍了Nafion膜的结构及其优缺点,然后对目前各种基于Nafion膜的改性研究和新型质子交换膜的制备与性能研究现状进行了综述。     

DMFC用阻醇质子交换膜的研究进展

介绍了甲醇分子的渗透机理及直接甲醇燃料电池(DMFC)对质子交换膜(PEM)的基本要求,如低的甲醇渗透率和高的质子电导率.介绍了针对提高Nafion膜阻醇性能进行的各种改性研究,如膜的表面物理改性、掺杂阻醇纳米材料的改性等.评述了其他PEM,如以聚苯并咪唑(PBI)、聚醚醚酮(PEEK)和聚醚砜(PSU)等基膜材料为代表的聚芳环系列PEM.     

磺化聚醚醚酮/聚偏氟乙烯共混膜的研究

为有效抑制磺化聚醚醚酮(SPEEK)的溶胀,制备了聚偏氟乙烯与较高磺酸化程度的聚醚醚酮共混膜。该类质子交换膜水热稳定性较高,质子电导率是Nafion!115膜传导率的9%,电化学方法表明共混膜具有较好的阻醇性能,相同测试条件下,甲醇渗透量仅是Nafion!115膜的渗透量的1/20。综合各项性能,认为聚醚醚酮-聚偏氟乙烯共混膜有希望成为一种新型的直接甲醇燃料电池用质子交换膜。     

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。     

聚合物改性Nafion膜的研究进展

商业化直接甲醇燃料电池用质子交换膜应达到的要求有:高于0.08 S/cm的质子电导率、25℃时的甲醇扩散系数低于5.6×10-6 cm2/s及良好的稳定性.综述了用聚合物涂覆、复合、共混及交联等改性Nafion膜的方法.     

PWA-d-PVA/PVDF膜在直接甲醇燃料电池中的应用

研究了磷钨酸掺杂的聚乙烯醇/聚偏氟乙烯(PWA-d-PVA/PVDF)质子交换膜在直接甲醇燃料电池中的性能。采用热压法将PWA-d-PVA/PVDF膜和分别涂有Pt-Ru/C与Pt/C的碳纸压制成膜电极,并组装成电池测试其性能,电池阳极通入不同浓度的甲醇水溶液,阴极置于常温常压下。结果表明,PWA-d-PVA/PVDF膜的电池性能优于相同实验条件下的Nafion膜。     

Nafion膜厚度对直接甲醇燃料电池性能的影响

采用Nafion 112、Nafion 115和Nafion 117膜作为电解质组装直接甲醇燃料电池 ,通过测量电池的极化曲线 ,研究了Nafion膜厚度对直接甲醇燃料电池性能的影响。结果表明 :在放电情况下 ,电极和工作条件固定的直接甲醇电池的性能是由甲醇的渗透量和膜电导共同控制的。在低电流密度下 ,甲醇的渗透量是影响电池性能的主要因素 ,使用厚膜组装的电池表现出了更好的性能。而在高电流密度时 ,甲醇渗透量减小 ,膜电导成为主要因素 ,所以使用薄膜组装的电池性能较好。由Nafion 112膜组装的电池在 75℃、1mol/L甲醇浓度、0 .2MPa的氧气条件下 ,功率密度可达 12 0mW /cm2 。考察了电池短期运转 (4 0h)的稳定性。     

DMFC的阻甲醇渗透研究进展

甲醇从阳极到阴极的渗透是影响直接甲醇燃料电池性能的主要因素之一。对甲醇渗透问题进行了综述,重点介绍了阻甲醇渗透技术。近年来,阻甲醇渗透技术的研究主要集中在对全氟磺酸膜如Nafion膜的改性以及其他新型聚合物电解质膜的研制上,此外还可以通过电池操作条件的改变以及电极结构的优化来消除或减少甲醇渗透的影响。     

甲醇阻隔膜的改性和表征

为了表征质子交换膜阻隔甲醇渗透的性质,建立了以电化学循环伏安法直接测量质子交换膜甲醇渗透率的快速检测方法,表征了不同Nafion膜的甲醇渗透性能.实验结果表明:该方法能较好地评价膜的耐甲醇渗透性能.以纳米硅溶胶修饰Nafion膜,结果显示:经修饰后的膜具有明显的阻隔甲醇渗透的性能.     

阻醇膜及阴极PTFE含量对被动式DMFC的影响

研究了聚吡咯(PPy)/Nafion膜及阴极聚四氟乙烯(PTFE)含量对被动式直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响。随着聚合时间的延长,PPy/Nafion膜的吸水率逐渐减小、质子导电率下降。当温度为25~30℃,空气湿度为80%~85%时,聚合35 min的PPy/Nafion膜组装的被动式DMFC电池性能最好,最大功率密度比未修饰的Nafion膜组装的电池提高18.9%;阴极含30%PTFE的电池性能最好,功率密度最高达14.74 mW/cm2。     

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.     

直接甲醇燃料电池用催化阻醇MEA的制备

针对直接甲醇燃料电池(DMFC)催化剂活性低和甲醇渗透等问题,利用Pd的催化阻醇性能,以油胺表面活性剂为添加剂,还原Pd络合物,合成基于Pd的催化阻醇纳米材料,并涂覆到质子交换膜上,与阴极、阳极构成四合一复合膜电极组件(MEA).与常规三合一MEA相比,复合MEA的质子电导率更高,甲醇渗透率降低了 20％,电池性能得到...     

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。     

高功率密度质子交换膜燃料电池研究

采用低铂载量E TEK电极组装质子交换膜燃料电池 (PEMFC) ,研究了质子交换膜厚度、电极立体化的聚合物电解质Nafion含量和操作条件对PEMFC性能的影响 ,同时对电池进行了稳定性试验。实验发现 :(1)使用薄膜电解质(Nafion 112 )显著提高了电池性能 ;(2 )电极立体化的Nafion含量为 0 .9mg/cm2 时性能最佳 ;(3)提高电池温度和气体压力有利于改善电池性能 ;(4 )Nafion 112膜和低铂载量E TEK电极组装的PEMFC稳定性良好 ,在 90 0h内未见电池性能下降 ,且质子交换膜和电极之间相互结合良好 ,无断裂或分层现象发生     

直接甲醇燃料电池用Nafion(R)ICeO2复合膜的研究

采用溶液再铸法制备了Nafion(R) ICeO2复合膜,并对该复合膜进行了热重分析法(TGA),X射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜法( SEM)表征,以及吸水率、质子电导率和甲醇渗透率测试.研究结果表明:与纯Nafion(R)再铸膜相比,Nafion(R) ICeO2复合膜的吸水率和质子电导率略有降低,甲醇渗透率...     

直接甲醇燃料电池阻醇膜电极的研究

采用化学镀方法成功制备了Pd/Nafion复合膜.用极限电流、循环伏安和阳极极化等方法对低温、高浓度进料条件下Pd/Nafion复合膜直接甲醇燃料电池(DMFC)进行研究.结果表明,Pd膜对甲醇电氧化无明显催化作用;在高浓度时抑制甲醇渗透效果明显,30 ℃时,5 mol/L甲醇的渗透极限电流密度从267 mA/cm2降低为170 mA/cm2;低温时,甲醇氧化表观反应级数不为0.     

Nafion/海泡石离子凝胶复合膜的制备与性能

超临界CO2辅助制备了1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([BMIm][TfO])离子液体填充海泡石纳米棒的一维离子凝胶(IL@SNR),其与Nafion溶液共混后浇铸制得适应低湿度环境用复合质子交换膜。结果表明：加入适量IL@SNR的复合膜表面平整,力学性能、吸水性和质子传导性均得到提升;当IL@SNR含量为2%(质量分数）时,复合膜断裂强度、吸水率和80℃、80%相对湿度条件下质子传导率分别比同等条件下Nafion 212膜高出89.8%、73.2%和91.6%,基于该复合膜的单电池65℃下功率密度峰值(0.703 W/cm2)比Nafion 212膜单电池高出32.9%。该研究表明离子凝胶改性Nafion复合膜具有质子交换膜燃料电池宽松湿度环境应用的良好前景。     

质子交换膜燃料电池用g-C_3N_4/Nafion复合膜的制备与性能

合成了石墨相碳氮纳米片(g-C_3N_4),并将其与Nafion树脂共混制备了复合膜,发现在膜中加入适量的g-C_3N_4对提高膜的电导率有显著效果,当膜中g-C_3N_4含量为Nafion树脂质量的0.25%时,膜在30℃下的电导率从0.074 3S/cm上升到0.110 6 S/cm,这主要是由于纳米片上的碱性基团与树脂上的磺酸根形成了酸碱对,加快了质子传输。将商业化Nafion 211膜与复合膜分别组装成单电池进行性能测试,结果表明,使用复合膜组装成的单电池的最大功率较Nafion 211膜组装成的单电池提高了16.9%,且通过交流阻抗测试(EIS)发现复合膜的电阻明显小于Nafion 211膜,进一步证实了g-C3N4改性Nafion膜的有效性与可行性。     

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。