質(zhì)子交換膜燃料電池Nafion-TiO-,2-復(fù)合膜的制備和性能研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有高能量密度、運(yùn)行溫度低和穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)，在航天領(lǐng)域、潛艇、電動(dòng)車(chē)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。為使PEMFC能夠早日實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)，各國(guó)科研工作者正在致力于相關(guān)材料的研究，力圖降低PEMFC成本，提高PEMFC的性能。 本文研究了溶脹法制備Nafion/TiO2復(fù)合膜的工藝，確定選擇鈦酸丁酯、異丙醇和Nafion膜作為起始原料，以鈦酸丁酯的異丙醇溶液作為Nafion膜的浸泡液；反應(yīng)條件選擇水浴加熱

2、；后處理中主要采用的是真空干燥。通過(guò)XRD，ESEM對(duì)復(fù)合膜進(jìn)行物理化學(xué)性能的測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻雜在Nafion膜內(nèi)的TiO2為銳鈦礦晶型；TiO2在Nafion膜內(nèi)呈現(xiàn)均勻分布，Ti元素的含量隨著復(fù)合膜厚度的增加而增加。 Nafion/TiO2復(fù)合膜的性能主要與TiO2的荷載量有關(guān)，而TiO2的荷載量主要與浸泡液中鈦酸丁酯的濃度有關(guān)。本文研究了鈦酸丁酯的濃度對(duì)復(fù)合膜性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鈦酸丁酯的濃度在一定范圍內(nèi)，即T

3、iO2的適量摻雜，制得的復(fù)合膜在單體電池測(cè)試中的性能優(yōu)于Nafion膜，并確定了復(fù)合膜制備的最佳濃度范圍。 本文研究了優(yōu)化條件制備的三種復(fù)合膜的自增濕性能，用PEMFC單體的電流密度—電壓曲線評(píng)價(jià)了復(fù)合膜與Nafion膜制備的膜電極在不增濕操作條件下的極化特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合膜制備的膜電極在不增濕操作條件下的性能非常接近Nafion膜制備的膜電極在外增濕條件操作下的性能，由此可以證實(shí)TiO2在Nafion膜內(nèi)的有效調(diào)節(jié)水平衡