磷钨酸表面处理对燃料电池质子交换膜热稳定性的影响

研究了磷钨酸掺杂改性后质子交换膜的热稳定性及热降解动力学,利用热重分析在氮气气氛下和升温速率分别为5℃、20℃和30℃时,采用Kissinger、Flynn-Wall-Ozawa、Friedman和Starink方法对磷钨酸改性后的非等温动力学数据进行了分析。热失重曲线显示磷钨酸改性后质子交换膜分解率达到5%和10%时,最低热降解温度分别为173.6℃和284.8℃。采用不同方法的计算结果显示,改性后膜分解反应受D2机理控制,表观活化能约为163.74 kJ/mol。改性前后膜的电导率(σ)分别为8.34×10-7S/cm及2.57×10-5S/cm。     

纳米SiO2/SPFEK复合质子交换膜的制备及性能

以自制的磺化聚芴醚酮和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶凝胶(Sol-gel)法合成了掺杂纳米SiO2的复合质子交换膜,利用能量分散谱(EDS)线扫描、热失重分析法、扫描电镜对膜的结构、热稳定性、微观形态进行了表征。并考察了质子交换膜的各种性能。结果表明,纳米SiO2能提高膜的质子传导率和氧化稳定性能。当SiO2掺杂质量分数为9%时,复合膜的质子传导率在80℃时为5.96×10-2(S/cm),在80℃的Fenton’s试剂(3%的过氧化氢和2 mg/L的FeSO4)中进行氧化稳定性测试,膜在117 min时才开始碎裂,表现出良好的氧化稳定性。     

SPPO/SiO2/PWA复合质子交换膜的制备及性能

利用溶胶-凝胶法制备出了SPPO/SiO2/PWA复合质子交换膜,对膜的离子交换容量(IEC)、平均当量重量(EW)、磺化度(SD)、吸水性、溶胀率、质子电导率、Tg进行了表征,此外,还对膜的结构进行了FT-IR、SEM表征,结果表明,所制得的掺杂2%～5%SiO2和3%PWA的SPPO复合膜在100℃、100%相对湿度时的质子电导率与Nafion-117?膜相近,有望作为质子交换膜使用。     

硅烷偶联剂KH-570表面改性纳米SiO2

采用硅烷偶联剂KH-570在酸性条件下对纳米SiO2表面进行改性,并对改性前后的纳米SiO2采用粒径分析仪、傅里叶红外变换光谱仪、紫外-可见光光谱仪、扫描电镜等仪器进行了分析和表征。结果表明,硅烷偶联剂KH-570能成功地对纳米SiO2表面进行改性,使其表面化学键合了硅烷偶联剂的有机官能团,降低了颗粒团聚程度,提高了纳米SiO2在有机介质中的分散程度     

SPEEK/SiO2复合型质子交换膜的结构与性能

以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为基体,通过溶胶-凝胶法制得了SPEEK/SiO2复合质子交换膜,采用扫描电镜、交流阻抗和热重分析等方法研究了复合膜的结构与性能。结果表明,SiO2与SPEEK之间的共价交联使两相间的相容性得到明显的改善,SiO2粒子以纳米尺寸均匀地分散在聚合物基体中。SiO2粒子的掺入使得复合膜的质子传导性能略有降低,但复合膜中SPEEK-SiO2-SPEEK这种共价交联结构的生成使膜的阻醇性能和溶胀性能得到了明显提高,热稳定性也有所提高。     

燃料电池质子交换膜的研究进展

本文从质子交换膜的发展入手 ,指出全氟磺酸型质子交换膜是目前最适合燃料电池的膜材料 ,并对其结构特点及优缺点进行了重点分析 ,论述了目前质子交换膜的发展趋势     

SiO2表面改性对高填充SiO2/聚四氟乙烯复合薄膜性能的影响

选用三种具有不同疏水官能团的硅烷偶联剂,即含苯基的偶联剂1(Ph-1)、含氟基的偶联剂2(F-2)和含环氧丙氧基的偶联剂3(GP-3)对SiO₂进行表面改性,并采用空气辅助干法共混、冷压烧结并车削成膜的方法制备了SiO₂填充量为35wt%、厚度为50 μm的SiO₂/聚四氟乙烯(PTFE)复合薄膜。改性后SiO₂在PTFE中分散均匀。研究了不同含量F-2对SiO₂/PTFE复合薄膜性能的影响,发现当含氟基的硅烷偶联剂F-2用量(与SiO₂质量比)为0.3%时,SiO₂/PTFE复合薄膜的针孔缺陷最少,拉伸强度由9.2 MPa提高至16.2 MPa;在10 GHz下,SiO₂/PTFE复合薄膜的介电常数由2.475降低至2.416,介电损耗由2.66×10?3降低至2.01×10?3,SiO₂/PTFE复合薄膜显示出优异的综合性能。      

燃料电池质子交换膜的热稳定性和热降解动力学

采用热重分析(TGA)、Kissinger、Flynn-Wall-Ozawa、Friedman和Modified Coats-Redfem方法,在氮气气氛和升温速率分别为5℃/min、10℃/min、15℃/min和20℃/min条件下,研究了质子交换膜的热稳定性及热降解动力学。TG-DTG曲线显示该质子交换膜分解率达到5%时,最低热降解温度大于350℃,热分解过程经历两个阶段,第一和第二阶段热分解区间分别出现在340℃～440℃和405℃～600℃之间。采用不同方法的计算结果显示,第一阶段的平均表观活化能为155.8kJ/mol,第二阶段的平均表观活化能为177.1kJ/mol。     

有机/无机纳米复合质子交换膜的研究进展

通过有机/无机复合的方法可以得到聚合物电解质膜燃料电池(PEMFCs)中用的纳米复合质子交换膜,膜的工作温度、保水能力、机械强度、抗渗透性能和薄膜的综合性能都有大幅度的提高.本文评述了研究得较多的几类有机/无机纳米复合质子交换膜的性能特点及最新研究进展,提出了有机/无机复合质子导电薄膜材料的一些设计和制备原则.     

燃料电池质子交换膜的研究现状

目前燃料电池质子交换膜的研究正引起人们越来越多的关注,质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心组件.较详细地介绍了全氟化质子交换膜,部分氟化质子交换膜,有机/无机纳米复合质子交换膜,新型无氟化质子交换膜的性能及最新研究状况,最后对其发展前景进行了探讨.     

质子交换膜燃料电池CCM的制备条件对其性能的影响

采用催化剂涂覆的膜(CCM)和碳纸扩散层组成质子交换膜燃料电池的膜电极.CCM采用直接喷涂的方法制备,研究了与直接喷涂技术相关的影响因素,包括催化层中Nafion的含量和分布、有机溶剂的种类、喷涂操作条件等.CCM的表面形貌和孔结构采用扫描电镜(SEM)方法表征,MEA的电化学特性通过单体PEMFC的I-V曲线进行评价.实验结果表明,在优化条件下制备的CCM膜电极的结构和性能有明显的改善.     

磺化SEBS质子交换膜的研究进展

燃料电池商业化的实现要求要有性价比高的质子交换膜,磺化SEBS以其低廉的价格、独特的微相结构、良好的力学性能和高的质子导电率正成为大家关注的焦点.着重评述了磺化SEBS质子交换膜近年来的研究进展,较为详细地讨论了其制备、微相结构、性能特点和改性后在直接甲醇燃料电池等方面的应用,并扼要阐述了其发展方向.     

质子交换膜燃料电池的研究进展

论述了质子交换膜燃料电池的开发现状及国内外研究进展；同时介绍了趋于成熟的贮氢技术，包括质子交换膜、双极板、膜电极和电催化剂在内的关键技术、应用以及未来展望。     

磺化聚醚醚酮磺化度的测定及其对质子交换膜性能的影响

以聚醚醚酮（PEEK）和浓硫酸为原料,采用后磺化法制备不同磺化度的磺化聚醚醚酮（SPEEK）。采用核磁共振法测定SPEEK的磺化度,并研究了磺化度对SPEEK质子交换膜性能的影响。结果表明：磺化度高于80％的SPEEK会发生过度溶胀,而磺化度为48％～65％范围的SPEEK膜表现出较好的质子传导率、阻醇性能及抗吸水性能。     

Ultrathin Ultralow-Platinum Catalyst Coated Membrane for Proton Exchange Membrane Fuel Cells

Catalyst coated membrane (CCM) is the core component of proton exchange membrane fuel cells and is routinely fabricated by spraying Pt/C slurries onto membrane, resulting in low activity and thick catalyst layer (CL, 5–10 µm) with an unaffordable Pt loading of 0.2–0.4 mg cm⁻² and a large mass transfer resistance at cathode. Highly active ultrathin ultralow-Pt CL (UUCL) is urgently required, but remains rare. Herein, wet-chemical direct growth of UUCLs on both sides of membrane to achieve integrated ultrathin ultralow-Pt catalyst coated membranes (UUCCMs) with a cathodic CL thickness of 79.7 ± 15.0 nm and a Pt loading of 20.2 ± 1.6 µg cm⁻² is reported. The key to this unique fabrication is the release of proton from membrane to regioselectively initiate the growth of interconnected Pd nanoneedle clusters array on membrane, followed by high-density deposition of Pt nanoparticles on Pd (Pt/Pd UUCLs). The single cell of UUCCMs exhibits the highest mass peak power density of 59.9 W mg_Pt,Cathode⁻¹ in the literature. The exceptional activity originates from high electrochemically active surface area, remarkable oxygen reduction reaction activity closely correlated with strain, and electronic effect at Pt/Pd interface, as well as improved mass transfer and optimal water management.     

聚偏氟乙烯-磺化聚苯乙烯质子交换膜的制备与表征

采用热诱导溶液聚合和相转移技术,制备了新型聚偏氟乙烯-磺化聚苯乙烯(PVDF-SPS)质子交换膜。采用X射线衍射光电子能谱(XPS)、环境扫描电镜(ESEM)和红外光谱(FT-IR)对PVDF-SPS质子交换膜进行了表征,研究了质子膜的吸水率、质子传导率和甲醇渗透系数。结果表明,PVDF-SPS质子膜具有优良的亲水性能,较高的质子传导率和较低的甲醇渗透系数。PVDF-SPS质子交换膜在25℃的质子传导率和甲醇渗透系数分别为2.93×10-2S/cm和8.61×10-8cm2/s,其质子传导率与甲醇渗透系数比值为3.40×105S.s/cm3,超过Nafion-117膜的20倍。     

PEMFC电催化剂研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池用电催化剂的研究进展.论述了Pt-Ru、Pt-Sn、Pt-W、Pt-Mo等阳极催化剂以及Pt-Fe、Pt-Co、Pt-Cr等阴极催化剂的制备方法、催化机理和性能;介绍了无铂大环螯合物和过渡金属复合氧化物等非铂系催化剂和碳纳米管等新型载体催化剂的研究进展,提出了PEMFC用催化剂的研究方向.     

质子交换膜燃料电池用炭纸的制备

以改性酚醛树脂为粘合剂,炭纤维纸为坯体,通过浸渍、模压固化、炭化、石墨化工艺制得质子交换膜燃料电池气体扩散层用炭纸,表征了炭纸的基本性能并与东丽炭纸的相关性能进行了对比。结果表明,自制炭纸的厚度为0.189mm,密度为0.446g/cm3,均与东丽炭纸相近;孔隙率为83%,比东丽炭纸提高18.6%;体电阻率为3.35mΩ.cm,面电阻率为3.86mΩ.cm,分别比东丽炭纸减小了25.9%和39.7%;压差为88.2Pa时透气率达5100mL.mm/(cm2.h.mmAq),比东丽炭纸提高了41.67%;抗拉强度为29.98MPa,比东丽炭纸提高约16.5%;与东丽炭纸相比,自制炭纸的电压输出性能略有下降但不明显。     

质子交换膜燃料电池的研究与应用进展

综述了质子交换膜燃料电池的研究及应用状况,并对影响其性能的因素进行了讨论,指出了今后的研究方向.     

全氟质子交换膜的化学降解及其稳定化研究进展

从化学退化行为、退化机理以及化学耐久性改善措施方面对全氟质子交换膜的化学耐久性进行了总结,目前的进展表明质子交换膜失效的主要原因是自由基攻击高分子的缺陷末端基团,将羧酸基团还原成二氧化碳和F离子,从而导致树脂高分子开链式分解；羟基自由基来源于双氧水的分解,其产生速度随温度升高而加快、膜中的氢氧气体扩散随湿度降低而增大.因此,在膜中掺杂自由基捕获剂可减少双氧水和自由基的浓度,或者消除高分子的末端缺陷基团有利于提高膜的化学耐久性.