高溫質子交換膜燃料電池膜電極制備工藝的研究

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1、北京化工大學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均己在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。作者簽名：關于論文使用授權的說明學位論文作者完全了解北京化工大學有關保留和使用學位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權單位屬北京化工大學。學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁

2、盤，允許學位論文被查閱和借閱；學?？梢怨紝W位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復制手段保存、匯編學位論文。保密論文注釋：本學位論文屬于保密范圍，在上年解密后適用本授權書。非保密論文注釋：本學位論文不屬于保密范圍，適用本授權書。作者簽名：導師簽名：瓷芑縱日期：立!包￡：乏El期：』里砬．厶笸11llJIlitIlJllllllllJlJJJY2138448學位論文數(shù)據(jù)集～～——一?一中圖分類號TQl52學科分類號430．1060論文編號1001020120614密級．公開學位授予單位代碼lOO

3、lO學位授予單位名稱北京化工大學作者姓名李微徼學號2009000614獲學位專業(yè)名稱材料科學與工程獲學位專業(yè)代碼0805課題來源國家自然科學基金研究方向高分子材料論文題目高溫質子交換膜燃料電池膜電極制備工藝的研究關鍵詞質子交換膜，燃料電池，膜電極，聚(2，5-苯并咪唑)，造孔劑，CCM論文答辯日期2012年5月26日·論文類型應用研究學位論文評闋及答辯委員會情況姓名職稱工作單位學科專長指導教師呂亞非教授北京化工大學復合材料評閱人1黃麗教授北京化工大學復合材料清華大學核能與評閱人2謝曉峰副教授電化學、燃料電池新

4、能源技術研究院評閱人3評閱人4評閱人5獺員螂范琳研究員中科院化學所復合材料答辯委員1楊小平教授北京化工大學復合材料答辯委員2武德珍教授北京化工大學高分子材料答辯委員3隋剛教授北京化工大學復合材料答辯委員4黃麗教授北京化工大學復合材料答辯委員5注：一．論文類型：1．基礎研究2．應用研究3．開發(fā)研究4．其它二．中圖分類號在((中國圖書資料分類法》查詢。三．學科分類號在中華人民共和國國家標準(GB／T13745-9)《學科分類與代碼》中查詢。四．論文編號由單位代碼和年份及學號的后四位組成。摘要高溫質子交換膜燃料電池

5、制備工藝的研究高溫質子交換膜燃料電池(PEMFC)工作溫度為100．200℃，相對于低溫燃料電池(通常低于80。C)的PEMFC有更快的化學反應動力學；能改善和簡化水管理系統(tǒng)；更高效的熱管理和改善了環(huán)境耐受性，這些優(yōu)點使得高溫PEMFC被認為是下一代燃料電池的有力競爭者。高溫條件下磷酸摻雜的聚苯并咪唑類聚合物膜能使電池很好的運行，這類聚合物膜是研究的較多，較成熟的高溫膜。這其中聚(2，5．苯并咪唑)(AB．PBI)是一種結構簡單，合成方便的PBI，以結構的特殊性使其呈現(xiàn)了較好的質子電導率。本研究所采用質子交換

6、膜均為AB．PBI。膜電極(MEA)是燃料電池的重要組件，是電化學反應的重要場所，也是研究燃料電池的首要研究對象。本文從燃料電池運行過程中所產(chǎn)生的極化入手，考察了粘結劑的分子量，造孔劑，陰陽極催化劑擔載量，陰陽極粘結劑的比例等因素對膜電極性能的影響，并初步考察了用催化劑涂覆膜(CCM)法制備膜電極。主要內(nèi)容如下：(1)針對活化極化，采用了改變催化劑中的粘結劑AB．PBl分子量的方法。實驗用自制AB．PBI膜作為電解質，制備了不同分子量AB—PBI的催化劑漿料。通過極化曲線測試可以宏觀上得出聚合物分子量越小，M

7、EA性能越好。進一步對膜電極交流阻抗性質進行了研究，并經(jīng)Zsimpwin軟件北京化工大學碩士學位論文擬合，得出在分子量為2．31X105時，電池性能最好。降低活化極化還采用了添加造孔劑的方法．在選用的三種造孔劑中，硝酸鈉的造孔性能最好，其次是草酸銨，最差的是硫酸銨。(2)針對歐姆極化，采用了CCM方法。從理論上講，用CCM法制備的膜電極接觸電阻顯著降低，性能會有所提過，而實驗發(fā)現(xiàn)用AB．PBI做質子交換膜的高溫燃料電池性能并沒有顯著提高，具體原因需進一步驗、—r‘1止o(3)實驗還優(yōu)化了質子交換膜的制備工藝，

8、得出MEA制各的最佳工藝條件為：陽極催化劑擔載量為lmg／m2；陰極催化劑擔載量為2mg／m2陽極聚合物的比例為5wt．％；陰極聚合物的比例為15叭．％。關鍵詞：質子交換膜，燃料電池，膜電極，聚(2，5．苯并咪唑)，造孔劑，CCMABS田RACTSTUDYONTⅡEMEMBRANEELECTRODEASSEMBLyFORHIGHTEMPERATUREPROTONEXCHANGEMEMBRANEFUE