燃料電池用speekhptfe復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備與表征

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1、武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要質(zhì)子交換膜燃料電池以氫氣或者甲醇作為燃料,通過電化學(xué)反應(yīng)將儲(chǔ)存在燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,能量密度高、環(huán)境友好,是一種很有前途的潔凈、高效的能源技術(shù)。質(zhì)子交換膜在燃料電池中起著傳導(dǎo)質(zhì)子以及阻隔反應(yīng)燃料和氧化劑的功能。目前廣泛應(yīng)用的全氟磺酸質(zhì)子交換膜由于成本高,工作溫度低(<100。C),以及甲醇透過系數(shù)高等原因,限制了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。因此,低成本、高性能的新型質(zhì)子交換膜材料的開發(fā)和研究顯得非常有意義。本論文制備了高填充度的親水性多孔聚四氟乙烯(H.PTFE)增強(qiáng)的碳?xì)浠撬釓?fù)合質(zhì)子

2、交換膜,并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分析。用濃硫酸做磺化劑,采用直接磺化法制備不同磺化度的SPEEK樹脂;通過化學(xué)改性的方法對(duì)PⅡE多孔膜進(jìn)行親水處理,采用壓差技術(shù)實(shí)現(xiàn)SPEEK樹脂在H.PTFE多孔膜中充分填充。SPEEK/H.PTFE復(fù)合膜的含水率、溶脹率和機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)于相同磺化度的SPEEK均質(zhì)膜均有所改善和提高。單電池的性能測(cè)試結(jié)果表明H—PTFE多孔膜孔隙率越大、厚度越薄、SPEEK樹脂磺化度越高,單電池性能越好;復(fù)合膜(DS=0.68151m)組裝的單電池在600mA/cm2運(yùn)行200小時(shí),電池電壓保持穩(wěn)

3、定,說明由SPEEK樹脂和H.PTFE多孔膜構(gòu)成的界面足夠穩(wěn)定,可以經(jīng)受住電池運(yùn)行條件的考驗(yàn);單電池運(yùn)行過程中,電極和復(fù)合膜之間也未出現(xiàn)剝離現(xiàn)象,證明該復(fù)合膜完全適用于PEMFC。室溫下,SPEE材H—PTFE復(fù)合膜的甲醇透過系數(shù)隨樹脂磺化度的增大而增大,SPEEK樹脂的磺化度為75%時(shí),復(fù)合膜的甲醇透過系數(shù)為5.2x10.7cm2/$。SPEEK/H.yrFE復(fù)合膜的甲醇透過系數(shù)隨著溫度升高而增大。關(guān)鍵詞:親水聚四氟乙烯;磺化聚醚醚酮;復(fù)合膜;制備:性能武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractProtonE

4、xchangeMembraneFuelCell(PEMFC)isanelectrochemicaldevicewhichdirectlyconvertsthechemicalenergyofthefuelandoxidantintoelectricalenergy,andthefuelofPEMFCisH2ormethan01.PEMFChasbeenconsideredasapromisingalternativeenergysourcebecauseoftheirhighefficiencyandlowe

5、nvironmentalimpact.111eproton-exchangemembraneinPEMFCisoneofthekeymaterials,whichplaystherolesofseparatingthefuelfromtheoxidantandconductingproton.ThePEMs(ProtonExchangeMembrane)basedontheperfluorosulfonicpolymershavebeenusedforpracticalPEMFCsystems.However

6、,furtherprogressinthisregionhasbeenrestrictedbytheinsufficientperformanceofthesemembranes.Inadditiontothehighcost,theseperfluorinatedpolymerelectrolytescouldnotbeusedabove100℃.Abovethistemperature.dehumidificationofthehydrophobicperfluofinatedmatrixcausesad

7、ramaticdecreaseintheprotonconductivity.Anotherimportantdrawbackisrelatedtotheinabilityofthesemembranesfurtheapplicationindirectmethanolfuelcell(DMFC),consideredasanattractiveoptionfortheautomotiveindustry,duetotheirhilghmethanolerOSSOVer.Therefore,itisveryi

8、mportanttoempoldersomenewPEMmaterialswitlllowpriceandgoodperformance.Inthispaper,weputforwardanoveltechnicstopreparecompositemembrane,whichiseompositedbyfillingSPEEKresinintotheporesofhydrophilicPTFE.T

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