燃料電池用增強(qiáng)及自增濕質(zhì)子交換膜的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜(PEM)作為質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的關(guān)鍵部件,起到傳導(dǎo)質(zhì)子、分隔燃料和氧化劑的雙重功能.PEMFC系統(tǒng)中廣泛使用的是全氟磺酸膜,它的昂貴成本是阻礙PEMFC商業(yè)化的重要因素之一.提高電池操作溫度和不增濕反應(yīng)氣體操作PEMFC將分別提高電池抗CO能力和簡(jiǎn)化電池系統(tǒng).本文針對(duì)目前常用的全氟磺酸膜的常見(jiàn)問(wèn)題:如操作溫度較低、需要外增濕操作、機(jī)械性能較低等進(jìn)行了相關(guān)改性研究. 首先,采用凝膠.溶膠法制備了SiO<,

2、2>/Nafion 115復(fù)合膜.由于膜內(nèi)SiO<,2>具有很好的保水能力,復(fù)合膜組裝的電池的性能和穩(wěn)定性在電池溫度為130℃時(shí)明顯優(yōu)于Nation 115膜. 其次,研究了碳納米管(CNTs)增強(qiáng)Nation膜,通過(guò)控制CNTS的長(zhǎng)徑比和含量可以避免復(fù)合膜的內(nèi)短路.摻雜很少的CNTS就可以大幅度的提高復(fù)合膜的機(jī)械強(qiáng)度；同時(shí)由體積含量小,對(duì)復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率影響較小. 第三,以碳納米管增強(qiáng)Nation膜為基礎(chǔ),制備了具有

3、三層結(jié)構(gòu)的Pt/CNTS-Nation復(fù)合膜.兩側(cè)Nafion層可以避免復(fù)合膜內(nèi)短路,內(nèi)層中的Pt/CNTS可以催化滲透至膜內(nèi)的H<,2>和O<,2>反應(yīng)生成水,使復(fù)合膜組裝的PEMFC可以在無(wú)外增濕操作下獲得穩(wěn)定的電池性能. 最后,以CNTS增強(qiáng).Nafion膜為基礎(chǔ),制備得到了Pt/SiO<,2>-CNTS-Nafion三層復(fù)合膜.復(fù)合膜外層內(nèi)的Pt/SiO<,2>可以催化滲透至膜內(nèi)的H<,2>和O<,2>反應(yīng)生成水,緩解了