燃料电池用speekhptfe复合质子交换膜的制备与表征

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要质子交换膜燃料电池以氢气或者甲醇作为燃料，通过电化学反应将储存在燃料中的化学能直接转化为电能，能量密度高、环境友好，是一种很有前途的洁净、高效的能源技术。质子交换膜在燃料电池中起着传导质子以及阻隔反应燃料和氧化剂的功能。目前广泛应用的全氟磺酸质子交换膜由于成本高，工作温度低(<100。C)，以及甲醇透过系数高等原因，限制了其产业化应用。因此，低成本、高性能的新型质子交换膜材料的开发和研究显得非常有意义。本论文制备了高填充度的亲水性多孔聚四氟乙烯(H．PTFE)增强的碳氢磺酸复合质子

2、交换膜，并对其结构和性能进行分析。用浓硫酸做磺化剂，采用直接磺化法制备不同磺化度的SPEEK树脂；通过化学改性的方法对PⅡE多孔膜进行亲水处理，采用压差技术实现SPEEK树脂在H．PTFE多孔膜中充分填充。SPEEK／H．PTFE复合膜的含水率、溶胀率和机械强度相对于相同磺化度的SPEEK均质膜均有所改善和提高。单电池的性能测试结果表明H—PTFE多孔膜孔隙率越大、厚度越薄、SPEEK树脂磺化度越高，单电池性能越好；复合膜(DS=0．68151m)组装的单电池在600mA／cm2运行200小时，电池电压保持稳

3、定，说明由SPEEK树脂和H．PTFE多孔膜构成的界面足够稳定，可以经受住电池运行条件的考验；单电池运行过程中，电极和复合膜之间也未出现剥离现象，证明该复合膜完全适用于PEMFC。室温下，SPEE材H—PTFE复合膜的甲醇透过系数随树脂磺化度的增大而增大，SPEEK树脂的磺化度为75％时，复合膜的甲醇透过系数为5．2x10．7cm2／$。SPEEK／H．yrFE复合膜的甲醇透过系数随着温度升高而增大。关键词：亲水聚四氟乙烯；磺化聚醚醚酮；复合膜；制备：性能武汉理工大学硕士学位论文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