有机-无机复合质子交换膜的制备课件.ppt

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1、成员：08材料1班胡龙兴、黄攀峰08材料2班代佩佩、李珍珍、姜玉宏指导老师：沈杭燕副教授有机-无机复合质子交换膜的制备研究背景燃料电池由于具有能量转换效率高、对环境污染小等优点而受到世界各国的普遍重视，其中质子交换膜燃料电池具有低温快速启动、比能量高、无噪音、无污染等诸多优点，是电动汽车和可移动小型供电系统的理想能源，亦作电子设备的不间断电源、分散型电站、航天和军事装备电源、公共场所应急电源等，其广阔的应用前景正成为世界各国的研究热点之一。研究背景(1)阳极反应为：H2→2H++2e。(2)氢质子通过电解质膜到达

2、阴极。(3)阴极反应为：1/2O2+2H++2e→H2O。研究背景在燃料电池内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流，因此质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心,其性能将直接影响PEMFC的电池性能、能量效率和使用寿命。研究目的目前国内外应用最广泛的是以全氟磺酸为骨架的Nafion膜，Nafion在常温和高湿度下能达到高的质子导电率，Nafion价格昂贵,约1000美元／㎡，另外，Nafion导电率随温度升高而降低，Nafion膜能透过甲醇和

3、氢，这些都限制了Nafion的应用。这就迫切要求开发导电性能优良、成本经济、甲醇渗透率低的新型电解质材料。本项目以有机－无机复合方法制备新型质子交换膜，建立完整的制备工艺，测试膜的导电性能，考察制备的膜作为PEM的可行性。实验部分：一、实验设备及材料1、玻璃、涂膜仪、烧杯、烘烤箱、电子天平、称量纸、一次性手套、研钵、一次性滴管、恒温加热磁力搅拌器、报纸、小刀、吹风机；2、FR921、N-N二甲基乙酰胺、CsHSO4、无水乙醇。二、实验内容及步骤1.质子交换膜溶液的制备第一步，取一小烧杯放于电子天平中，调零后称取20

4、.0000g左右的N,N-二甲基乙酰胺溶液。以同样的方法，共称取相同量溶液3份，均放在电子天平旁边。第二步，用电子天平称取3份3.0000g左右的FR921，将其分别倒入装有已装有N,N-二甲基乙酰胺的烧杯中，并迅速用保鲜膜将其盖好，用橡皮筋捆扎。第三步，用小刀分别在保鲜膜上划开一个小口，均放进一含有磁铁的搅拌颗粒，再同时将小烧杯分别置于恒温加热磁力搅拌器上，并插入热敏电阻测温。然后开启恒温加热磁力搅拌器，搅拌速度为2，温速为1.5，最后以50℃搅拌1.0h左右，到时后关闭仪器。第四步，在上述溶液搅拌的同时，取3.

5、5000克左右的CsHSO4固体，用电子天平称取符合区间段内数据的CsHSO4固体，再加入研钵中，进行研磨，至颗粒细变为粉末状为止。第五步，待CsHSO4固体研磨和上述的搅拌均完成后，分别往小烧杯中加入研磨好的CsHSO4的量为1.0000g、1.5000g、0.6000g，并按顺序分别编号为110316A、110316B、110316C。继续盖上保鲜膜，分别放在恒温加热磁力搅拌器上，并插入热敏电阻测温。重新开启其开关，搅拌速度为2，温速为1.5，搅拌时间为1.5h，到时后关闭仪器。第六步，搅拌完成后，该小烧杯中的

6、溶液即质子交换膜溶液，将3个小烧杯上的保鲜膜均换新，仍用橡皮筋捆扎着，放在实验室相应的位置，待第二天涂膜。最后，清洗试验器材，整理试验台。图2-2三杯搅拌结束时的质子交换膜溶液2、质子交换膜的制备第一步，将前一天备好的3份质子交换膜溶液再搅拌1.0h，其过程同上的第三步，只是已有磁铁搅拌颗粒，无需再加，到时后关闭仪器。第二步，在质子交换膜搅拌的同时，用蒸馏水清洗9块玻璃片，再用酒精擦洗，然后将9块玻璃按3块一排排列在报纸上。随后用酒精擦拭可调式涂抹器，擦好后放在干净安全处。第三步，待质子交换膜溶液搅拌完毕，取下烧杯

7、。调整可调式涂抹器，将涂膜厚度调为500um。将涂抹器的倒入溶液的一边对着3块玻璃，另一边与第一块玻璃边缘对齐。先将标有110316A的小烧杯中的溶液倒入涂抹器中，以一定的适当速度移动涂抹器，使溶液均匀地涂膜在3块玻璃片上。拿起涂抹器，用酒精擦洗。以同样的方法，同样的厚度，涂抹标有110613B和110613C两份溶液。第四步，待涂膜完毕，将9块玻璃片按顺序平整地放入垫有报纸的自动烘焙箱中，调其温度为60℃。第五步，20h后，按顺序取出9块玻璃片，用刻刀分别取下9片质子交换膜。按110316A、110316B、11

8、0316C分别将9片膜装入3个密封袋中，待检测其性能。最后，清洗仪器，整理试验台。图2-4质子交换膜图2-3可调式涂膜器三、膜性能测试结果本研究采用交流阻抗法来测量膜的离子电导率。测量仪器为安捷伦4294A。图3-1显示制备得到的质子交换膜导电率随温度的变化规律。随着测试温度从25℃增加到150℃，膜的质子导电率逐渐增大，最大质子导电率可达2.5×10-4S