应用于燃料电池的全氟磺酸膜及其改性.pdf

《应用于燃料电池的全氟磺酸膜及其改性.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、













应用于燃料电池的全氟磺酸膜及其改性
李辰捕

孙公权

任素贞

吴智谋

刘
谨

辛
勤
中国科学院大连化学物理研究所大连
联系人摘要对近年来国内外应用于燃料电池的全氟磺酸膜及其改性膜的研究进行了综述和分析全氟磺酸膜质子传导率高化学稳定性好使用寿命长广泛应用于低温燃料电池中但其成本偏高燃料渗透严重并且当膜内含水量较低或由于电池操作温度高于而又无水的补充时电导率会明显下降严重影响电池的性能鉴于以上不足研究者对全氟磺酸膜进行了各种改性以使之适应各种燃料电池的工作需求低值低成本耐高温和结构稳定的离子交换

2、膜及其改性膜将是今后研究的重点
燃料电池全氟磺酸膜改性膜复合膜燃料电池是一种按电化学原理等温地把贮存在链长度的离子聚合物一般而言当量重量越小树燃料和氧化剂中的化学能高效率环境友好地转化为脂的电导越大但膜的强度越低从商品化的电能的发电装置目前燃料电池氢氧燃料电池直膜型号可以获得膜值和膜厚度的信息接醇类燃料电池主要采用全氟磺酸膜作为电解质见表型号中的最后一位数字表示膜厚度具有代表性的全氟离子交换膜有杜邦公司的为最后两位厚度为单位为系列公司的以及日本公司等于千分之一英寸相当于m前面数的等它们具有较高的质子传导率较好的字则表示与值相关的信息化

3、学稳定性和较长的使用寿命等特点然而全氟磺酸膜应用于燃料电池存在以下不足成本费用高离表
系列膜值与干态膜厚度子交换容量低电导率低气体渗透率和甲醇渗透率膜型号·-干态厚度m高以及热稳定性差等为此专家学者们一方面致力m于新型廉价的阻醇质子交换膜的研究和开发一方m面着手改性全氟磺酸膜m本文对近年来应用于燃料电池的全氟磺酸膜及m其改性膜方面的研究进行了回顾和评述m


全氟磺酸膜的结构和性能
自
纪年代以来研究者们采用不同的研全氟离子交换膜的主要基体材料是全氟磺酸型究手段对膜的微观结构和宏观物理化学性离子交换树脂是一种与聚四氟乙烯相似的质进行了深入

4、的探讨基于小角衍射实验结果固体磺酸化含氟聚合物薄膜最常用也是目前最成等提出了膜的团簇网络结构模型功的商业化用膜是杜邦公司的系列其化这一模型至今仍然被用来描述膜的离子簇结构和电学结构式如图所示通过调节
的值可以生产化学性质的基本关系它强调离子交换膜在溶剂中出不同当量重量即表示含磺酸基团的树脂克的溶胀特性提出了离子电导率主要由簇网结构诀-数一般为英文简写单位·和支
定而其他的性质如阴离子排斥和流体渗透率则由簇间传输过程控制的思想以后的关于全氟磺酸膜微观结构模型的研究主要基于膜的三相模型在这个模型中离子交换膜包括个区域一个是由憎水的碳氟主链

5、形成的区域一个是亲水的离子簇区域还有一个是有中介行为的界面区域憎水的碳氟主链区是高分子内的结晶区而亲水区域则容纳了大图系列膜的化学结构式部分吸收的溶剂回此亲水相对离子和溶剂的传输















特性起着诀定性的作用减少燃料渗透且电解质膜的机械性能可以通过调将膜应用于燃料电池不同厚度的膜的节酸含量来改变研究者己经制备了杂多酸掺杂的8,9电池性能有所不同膜的厚度不同对氢氧燃料电池复合膜这些杂多酸的中心原子或7的影响如图所示由图可知膜的厚位于四面体中心连接着氧原子被氧原子连接的金度不仅影响电池性能而且也诀定电池的极属原

6、子如分布在外围这个结构带限工作电流密度膜越薄电池工作的极限电流密度有个电荷需要个阳离子复合膜内为氢质子来越高达到电荷的平衡复合膜通过将商品膜浸渍到杂多酸溶液中或是在溶液中掺杂杂多酸浇铸成膜实验表明以商品膜为模板制备的复合膜性0能不如直接浇铸所得复合膜性能好值得注意的是杂多酸修饰的膜抗杂质污染的能力要强于商品膜产生这种现象的原回尚不明晰但可确定的是经杂多酸改性的各种膜均表现出这种特性这有可能是由于杂多酸在膜改性过程中占据了膜的磺酸根位从而阻止了金属离子对膜的污染杂多酸改性的全氟磺酸膜具有很多优良的特性图不同厚度膜组装的工作性能比较适合应用于

7、固体电解质膜燃料电池中目前以下儿


增湿



个问题仍需要深入研究--·
·考查杂多酸改性复合膜吸水率提高的原回
和机理用射线光电子能谱法和射线

全氟磺酸膜改性及其应用
衍射分析法等手段分析不同实验条件下杂多
有机无机复合膜酸改性的膜的化学成分研究杂多酸和高分子主链的相互作用机理确定杂多酸改性全氟磺酸膜应用于直接醇类燃料电池的膜内的离子传递机理并同膜进行最主要的缺点在于燃料的渗比较考察采用不同溶剂浇铸成型对膜的影响透大醇类如甲醇主要经电迁移和扩散由膜的阳极使杂多酸长期稳定在中而不流失侧迁移至阴极侧在阴极产生混合电位

8、降低了直接金属及其氧化物复合膜
纪甲醇燃料电池开路,年代初等开始对金属氧化物复电压增加了阴极极化和燃料的消耗从而降低了合膜进行研究他们利用全氟磺酸膜的酸性催化作的能量转化效率树脂中掺杂无机物既