PEMFC用Nafion1135/SiO2复合膜的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备Nafion/SiO2复合膜,通过XRD、膜的电导率测试和单体电池测试对Nafion/SiO2复合膜的结构和性能进行研究,结果表明:采用溶胶-凝胶法可以把SiO2原位复合到Nafion膜上;80℃湿态下Nafion1135/SiO2复合膜的电导率为0.178 S/cm,Nafion1135膜的电导率为0.147 S/cm;经过失水处理后的Nafion1135/SiO2复合膜的电导率为0.024 S/cm,而Nafion1135膜的电导率仅为0.005 S/cm;在H2、O2压力为0.17 MPa,电池温度110℃、H2加湿温度70℃时,Nafion1135膜的电池性能急剧下降,Nafion1135/SiO2复合膜仍可在电压为0.6 V、电流密度为800 mA/cm2的条件下稳定运行.     

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。     

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。     

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,甲醇渗透率降低.在不同CeO2含量(质量分数1％～8％)的Nafion(R) ICeO2复合膜中,复合膜的甲醇渗透率随着CeO2含量的增加而降低,其中CeO2含量为5％的复合膜表现出最高的选择性(φ=6.94×103 S/cm3).在75℃,5 mol/L甲醇进料时,与纯Nafion(R)再铸膜相比,使用CeO2含量为5％的Nafion(R) ICeO2复合膜组装的直接甲醇燃料电池单池放电峰值功率密度由67 mW/cm2提高到78 mW/cm2.     

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.     

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。     

新型聚合物电解质膜在液流电池中的应用

选择Nafion117电解质膜作为对比,考察了含咪唑基磺化聚酰亚胺(Im-SPI)电解质膜应用于全钒氧化还原液流电池的可行性,测定了Im-SPI离子交换膜的电导率及在1.5 mol/L VOSO4溶液中VO2+离子的透过率。实验结果表明,Im-SPI膜电导率为0.10 S/cm,高于Nafion117膜;VO2+离子的渗透系数为3.43×10-7 cm2/s,稍大于Nafion117膜。单电池实验充放电电流密度60 m A/cm2时,Im-SPI膜电流效率可达99.67%,电压效率可达82.41%,能量效率相比Nafion117单电池提高了1.65%。     

质子交换膜燃料电池用 Nafion/SiO2复合膜

采用溶胶-凝胶法以TEOS(正硅酸乙酯)和商业化的Nafion115膜为原料制备了Nafion115/SiO2复合膜。在Nafion膜的酸性介质中,TEOS水解聚合得到SiO2以及含有羟基和乙氧基的硅烷混合物,从而形成Nafion115/SiO2复合膜。将Nafion115/SiO2复合膜与电极组装成MEA,在110℃和130℃的电池温度下评价电池性能。在电池温度为130℃、操作压力为0.25MPa、电池电压为0.7V时,使用Nafion115/SiO2复合膜得到的电流密度是使用Nafion115膜电流密度的1.9倍。     

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。     

Nafion膜厚度对质子交换膜燃料电池性能的影响

采用不同厚度Nafion膜 (Nafion 117,115 ,1135 ,112和 10 1)组装质子交换膜燃料电池 (PEMFC) ,通过测试电池极化曲线 (U/I) ,研究Nafion膜厚度对PEMFC工作性能、氧气还原反应的电极动力学参数和电池内阻的影响 ,通过线性回归分析不同厚度Nafion膜组装PEMFC的内阻计算了Nafion膜材料的电导率。实验结果表明 :( 1)降低电解质膜的厚度将会降低电池的内阻 ,从而有利于提高PEMFC的工作性能 ;( 2 )随着膜厚度的降低 ,U0 值有降低的趋势 ,Tafel斜率b值变化不明显 ;( 3)厚膜组装电池的极化曲线在低电流密度时就偏离了线性 ,其主要原因是质子传质极化引起的 ;( 4 ) 80℃时Nafion膜材料的电导率约为 0 .0 77Ω-1·cm-1。     

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.     

PVI/Pd-Nafion改性膜在直接甲醇燃料电池中的应用

用聚乙烯基咪唑/Pd复合物制作浸渍液,对Nafion膜进行浸渍,实现Nafion膜结构改性。并对Nafion改性膜的质子导电性、甲醇渗透性与未改性Nafion膜进行了对比测试;基于改性膜和未改性膜分别组装了单电池,对其性能进行测试。结果表明:改性膜中聚乙烯咪唑和Pd的含量随浸渍时间的增长而增加。同未改性Nafion膜相比,浸渍20 h得到的改性膜具有更低的甲醇渗透率、更高的质子电导率,电池性能明显提升。应用改性膜可改善直接甲醇燃料电池的甲醇渗透问题。     

掺杂SiO_2对PEMFC低湿度性能的影响

采用磺化SiO2/Nafion自增湿膜作为质子交换膜,采用掺杂了纳米SiO2或经过磺化处理的SiO2的催化层作为阴极催化层,考察了饱和增湿条件下由自制质子交换膜和阴极催化层组成样品的接触角和质子电导率。在饱和增湿进气条件下考察了其对电池性能,电化学特性的影响,同时降低进气湿度,考察电池性能变化。结果表明,掺杂SiO2提高了催化层的亲水性;掺入纳米SiO2降低了阴极催化层的质子电导率,而掺入磺化SiO2提高了其质子电导率。在饱和增湿进气时,采用磺化SiO2/Nafion自增湿膜大幅地降低了电池的欧姆电阻。采用自增湿膜同时阴极催化层内掺入纳米SiO2降低了电池性能,而掺杂磺化SiO2电池性能有所提高。在干气进气条件下,不论是单独采用磺化SiO2/Nafion复合膜还是在阴极催化层加入纳米SiO2或者磺化处理过的SiO2,电池性能均有所提高。     

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。     

PEMFC用PTFE-Nafion复合质子交换膜研究

采用喷涂方法将Nation溶液与溶剂的混合溶液涂敷在微孔PTFE膜上,制备了PTFE-Nation复合膜.用复合膜制备了"三合一"膜电极并组装了电池堆进行测试.使用SEM、交流阻抗仪等仪器对复合膜进行测试分析.结果表明:复合膜的氢气透过率在10-8～10-9 kPa·cm·S之间;与Nation212膜相比,复合膜具有更小的面电阻;PTFE基膜、Nation载量以及表面活性剂等对复合膜性能有显著影响.采用复合膜制备"三合一"膜电极的电池在放电电压0.6 V下电流密度达到1.1 N/cm2,优于用Nation 212膜制备的膜电极.     

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     

新型含硅全氟磺酸膜性能研究

采用纳米原位复合技术制备了Nafion/SiO~2复合膜,TG—DSC(热失重-差热)分析表明Nafion1135/SiO~2复合膜比Nafion1135膜具有较高的含水和保水能力;溶胀率测试表明Nafion1135/SiO~2复合膜能明显降低膜的溶胀形变,其形变能力只有Nafion1135膜的1/4;110℃时,Nafion1135/SiO~2复合膜的电阻率只有Nafion1135膜的1/2。     

CuNi-GDC双金属阳极支撑的IT-SOFC制备及性能

采用柠檬酸低温自蔓延燃烧法制备了具有纳米尺度的Cu0.5Ni0.5O-GDC阳极粉末,利用差热分析、XRD对其物相进行了分析。研究了CuNi-GDC阳极片在氢气中还原前后的孔隙率和微观组织,对其电导率进行测试,并研究了CuNi-GDC阳极支撑的电池性能。结果表明:通过柠檬酸低温自蔓延燃烧法可以在较低的温度下合成出高催化活性的纳米粉末,CuNi-GDC阳极片还原后孔隙率达到了31.08%;CuNiO-GDC阳极片在空气中的电导率较低,导电活化能为39.494 4 kJ/mol,在H2气氛中的电导率大大提高,导电活化能为3.690 6 kJ/mol,650℃的电导率达到了209.299S/cm。以CuNiO-GDC双金属阳极支撑的单电池在650℃电池的开路电压为0.7 V,最大输出功率为0.278 W/cm2,短路电流密度为1.452 A/cm2。     

中温质子交换膜燃料电池及电堆性能研究

考察了Nafion212和山东东岳集团提供的短支链,低EW值的全氟磺酸膜(PFSA)质子传导率,并制备MEA,分别在75、85℃以及95℃三个温度条件下进行了单电池测试.测试结果表明:在95℃温度条件下,山东东岳集团提供的PFSA性能优于Nafion212膜,因此选取前者提供的质子交换膜制备5片MEA组装成100 W电...     

玻纤基复合电解质隔膜的制备及性能

以玻璃纤维无纺布为基体,用高分散聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包覆纳米Ti O2杂化材料(Ti O2@PMMA)进行复合,制备玻璃纤维基复合聚合物电解质膜。用SEM、热收缩、交流阻抗和充放电测试等研究复合膜的结构、热尺寸稳定性及电化学性能。玻璃纤维/Ti O2@PMMA纳米复合膜可在120~380℃保持良好的尺寸稳定性,活化后得到的复合聚合物电解质膜在室温下的离子电导率为2.88 m S/cm,与金属Li电极保持良好的界面稳定性。组装的Li Co O2/Li扣式电池在2.75~4.20 V充放电,8.0 C放电比容量可达120 m Ah/g,以不同电流共循环200次,放电容量保持率为85%。