基于中溫有機(jī)-無機(jī)復(fù)合導(dǎo)電膜的膜電極組件研制.pdf

1、本文以聚偏氟乙烯（PVDF）為有機(jī)基底，通過熱壓法和共混法兩種方法分別添加硫酸氫銫CsHSO4質(zhì)子導(dǎo)體和硫酸氫銫復(fù)合氧化鋁CsHSO4-Al2O3復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體，制備成PVDF/CsHSO4、PVDF/CsHSO4-Al2O3有機(jī)-無機(jī)復(fù)合質(zhì)子交換膜，并對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行性能探究。然后用手工刷涂法，手動(dòng)噴涂法和精密超聲噴涂法三種方法分別制備電極，對(duì)其性能進(jìn)行探究。最后，經(jīng)過不同的熱壓工藝參數(shù)的設(shè)置，將復(fù)合膜和電極組裝成MEA（Membrane

2、Electrode Assembly）用燃料電池測(cè)試站測(cè)得MEA的電池性能，優(yōu)化熱壓工藝的最佳參數(shù)。研究得到的結(jié)論如下：
　　（1）熱壓法和共混法兩種方法制備的PVDF/CsHSO4復(fù)合膜均保持了CsHSO4晶體結(jié)構(gòu)，而PVDF/CsHSO4-Al2O3復(fù)合膜在制備過程中，絕大多數(shù)的CsHSO4晶體和介孔Al2O3粉末反應(yīng)生成了硫酸鋁銫CsAl(SO4)2·12H2O；PVDF/CsHSO4復(fù)合膜和PVDF/CsHSO4-Al2O

3、3復(fù)合膜的電導(dǎo)率在100℃-180℃之間都隨溫度的升高而升高，PVDF/CsHSO4復(fù)合膜在144℃左右出現(xiàn)了倍增現(xiàn)象，最高可達(dá)10-4 S/cm。
　?。?）經(jīng)過多次試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)精密超聲霧化噴涂?jī)x的最佳參數(shù)為：高度為35 mm、流量為2 ml/min和氣壓為30 psi。超聲噴涂?jī)x的使用，使Pt/C的利用率可達(dá)65％，與傳統(tǒng)手工刷涂法對(duì)Pt/C的利用率提高了三倍。超聲噴涂?jī)x制備的電極表面催化劑分散均勻，沒有微孔洞和裂紋，并且減小

4、了催化劑的團(tuán)聚現(xiàn)象。超聲噴涂?jī)x制備的電極用于Nafion質(zhì)子交換膜，極大的優(yōu)化了電池的性能。
　?。?）對(duì)于PVDF/CsHSO4復(fù)合膜和PVDF/CsHSO4-Al2O3復(fù)合膜與電極熱壓成MEA的最佳熱壓參數(shù)為：145℃，7 MPa，120 s。在中溫（100℃-170℃）環(huán)境下，PVDF/CsHSO4復(fù)合膜MEA和PVDF/CsHSO4-Al2O3復(fù)合膜MEA的性能優(yōu)于Nafion膜MEA。熱壓法制備復(fù)合膜MEA的性能優(yōu)于共混