全氟磺酸复合膜的表征与衰减行为研究

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1、武汉理工火学硕士学位论文摘要质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心材料，PEMFC的发展与质子交换膜的发展密切相关。最早应用于PEMFC的是聚苯乙烯磺酸膜，后来被杜邦公司生产的Nation膜所代替，Nation膜的主要成分是全氟磺酸树脂。多年来，PEMFC开发工作取得的重要进展都与全氟树脂的应用有密切的关系。因此，开发基于全氟磺酸树脂的复合膜来代替价格昂贵的全氟树脂就非常必要了，这样不仅可以节省材料，降低成本，还可以提高膜的机械强度和尺寸稳定性。而且采用复合方法还可以将膜做得很薄，从而降低了电池内阻，提高了电池性能。目前很多研究机构将Nation树脂浸入到PTF

2、E多孔膜中制成N娟on／】闻FE复合膜。在这种复合膜中，PTFE膜起增强和支撑的作用，它的优点是减少了Nation液的用量，降低了成本，而且还提高了膜的机械强度以及电化学性能。武汉理工大学国家重点实验室制各了这种Nation／PTFE增强复合质子交换膜，其Nation的填充度在80％左右，厚度远远小于商品化的Nation膜，只有Nafion211的一半，机械强度是Nation211膜的2．3倍，电导率与Nation211接近，基于该膜组装的单电池性能已经显示出其良好的发展前景。燃料电池在运行过程中，燃料电池的膜电极在电池复杂的环境中受到水、气等物质的作用，燃料电池的部件在这些作用下也

3、会发生一定程度的腐蚀。质子交换膜是PEMFC的核心组件，它的优良的耐腐蚀性能是PEMFC良好耐久性的保证。目前，燃料电池的耐久性研究已经成为PEMFC研究的热点。质子交换膜的耐腐蚀性能也得到了越来越多的关注。新一代质子交换膜的发展趋势是制备的质子交换膜不仅具有良好的物理化学性能，而且必须有良好的耐腐蚀性能。因而，Nafion／FrFE增强复合质子交换膜的耐腐蚀性能成为NafionfPTFE复合膜研究的重要课题。本论文阐述了制备Nafion／PTFE增强复合质子交换膜的方法，并对制备的复合膜的物理性能、化学性能和电化学性能进行了表征。经过测试得知，制备的Nation／PTFE复合膜在机

4、械性能、电导率等重要方面都强于Nation膜，其组装的电池性能也优于Nation膜。本文还对Nation／PTFE增强复合质子交换膜的耐久茎堡墨三查堂堡主兰垡堡塞性进行了研究，PEMFC中质子交换膜的腐蚀包括物理、化学以及电化学腐蚀。在本文第三章、第四章和第五章中分别对复合膜进行了物理耐久性、化学耐久性和电化学耐久性实验。复合膜的耐久性实验结果初步证明Nailon／FITE增强复合质子交换膜具有良好的物理、化学和电化学耐久性，在燃料电池复杂的条件下具有比Nation膜更好的耐腐蚀性。实验证明，Nafion／FFFE复合质子交换膜不仅具有优良的性能，而且具有良好的耐久性。关键词：燃料电

5、池，质子交换膜，衰减，NafionII茎堡垄三奎堂堕圭堂篁笙苎AbstractProtonexchangemembrane(PEM)isoneofthekeymaterialsinthePEMFC．ThedevelopmentofPEMFCcloselydependedonthedevelopmentoftheprotonexchangemembrane．Thepioneerprotonexchangemembraneisthepolystyrene-sulfonicmembrane．WiththedevelopmentofPEMFC，thepolystyrene-sulfonicm

6、embranewassubstitutegraduallybyNationmembranewhichmadeinDupontCompany．TheprimaryelementinNationmembraneisall—fluorid—sulfonicresin．Recently,themostlydevdopmentinPEMFCwascorrelatewiththeapplicationofall-fluorid-sulfonicresin．ThusitisveryimportanttOdevelopthecompositemembranebaseona11·tiuofid-sul

7、fonicresin．Thecompositemembranecanreducethepriceofprotonexchangemembrane，aswellasenhancetheperformanceofprotonexchangemembrane．NowmanyresearchorganizationadoptanewtechniquetomanufacturealdndofNafion／PTFEcompositemembrane．Theyfillt