高温质子交换膜燃料电池膜电极的制备及组装

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1、专业学位硕士学位论文高温质子交换膜燃料电池膜电极的制备及组装High-temperatureprotonexchangemembranefuelcellmembraneelectrodeassemblyandpreparation作者姓名：李怡工程领域：动力工程学号：41310006指导教师：李明强完成日期：2017年12月大连理工大学DalianUniversityofTechnology摘要质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种新型清洁能源具备高能量转化利用率，高比功率、高能量密度和对环境无害等优势，能够在相对较低的工作温度下快速启动，实现较长时间内稳定、高效工作。质子交换膜燃料

2、电池的电解质为超薄的固态质子交换膜，这种膜材料能够显著缩小移动电源和便携电源的体积，用途广泛，前景明朗，一直是广大学者研究的热点。高温质子交换膜燃料电池是指电池工作温度大于120℃的质子交换膜燃料电池，提高电池工作温度，既有利于增强电池的抗CO能力，又能减弱CO在Pt催化剂上的吸附能力，同时还能促进电池阴阳极的反应速率，使燃料化学能释放的热量得到充分利用，进而提高电池性能。因此，研究开发高温质子交换膜燃料电池具有重要的应用价值和研究价值。目前，虽然已有很多学者都关注高温质子交换膜，但是其仍存在一些问题，如质子传导性能差、质子交换膜和催化剂价格昂贵、催化剂效率低等，制约质子交换膜燃料电池

3、的发展。针对这些问题，本文以质子交换膜燃料电池的重心质子交换膜为切入点，研发了一种新型聚四氟乙烯/磷钼酸盐复合膜——PTFE/(PMo12O40)X-(PO-OH)Y膜，该复合膜以聚四氟乙烯和磷钼酸等为原料，具有比以往材料更廉价易得的特点，用镍网和碳纤维纸来做高温质子交换膜燃料电池膜电极。对于自制的膜电极表征问题，本文设计了一套高温质子交换膜燃料电池评价装置，该评价装置主要用于对功率密度为1~10w的高温质子交换膜燃料电池的性能做出评价，绘制了设计图，并对各部分设计进行了解释说明。依照此种设计方案制备了一套高温质子交换膜燃料电池的评价装置，在制备过程中发现设计方案的不足，因此对设计方案

4、进行了完善。本文详细叙述了该套评价装置设计方案和制备过程，指出了设计和制备中的不足。最后，本文成功地设计和制造了伪液体结构固体电解质POM/SiO2/POx。经过分析，该材料在380℃下可实现0.12S/cm的质子传导率。在320℃下加热1000h后材料的导电性没有任何损失。该材料的“假液相”机理提高了质子电导率，其中质子在多磷酸固溶体和磷钼酸表面之间扩散。这为开发高温固体电解质提供了一条新的途径。关键词：燃料电池；膜电极；PTFE/(PMo12O40)X-(PO-OH)Y；POM/SiO2/POx-I-High-temperatureprotonexchangemembranefue

5、lcellmembraneelectrodeassemblyandpreparationAbstractProtonexchangemembranefuelcell(PEMFC)，asanewtypeofcleanenergy，hastheadvantagesofhighenergyconversionutilizationratio，highspecificpower，highenergydensityandharmlessenvironment，whichcanbestartedquicklyatrelativelylowoperatingtemperaturetoachieves

6、tableandefficientworkinalongtime.Theelectrolyteofprotonexchangemembranefuelcellisathinsolid-stateprotonexchangemembrane，thiskindofmembranematerialcanreducethevolumeofthemobilepowersupplyandportablepowersupplysignificantly，theuseiswide，theforegroundisbright，hasbeentheresearchhotspotofthescholars.

7、High-temperatureprotonexchangemembranefuelcellisaprotonexchangemembranefuelcellwhichisoperatingatatemperaturegreaterthan120℃，whichimprovestheworkingtemperatureofthebattery，notonlyhelpstoenhancethecocapabilityofthebattery，but