质子交换膜燃料电池微孔层制备方法的研究

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1、Y10，t567苷*e中国科学院研究生院硕士学位论文质子交换膜燃料电池微孔层制备方法的研究撩海峰指导救帅堡兰垦堡丝星±!!壁堂墼点垄韭芏塑矍丛塞!!竖型趔堑至堡!鲤!}芏坚盎垄!!芏塑!l!堕塑堕申请学位级别论文提交日期培莽单位学位授予单位}哦士学科专业名称化学工程!!!!!!!!论文答料H则中l目科学院太连化学物理研究所中国科学靛研究生航替辩壹员会J一席稃谟杰摘要摘要质子交换膜燃料电池(PEMFC)气体扩散层(GDL)中反应气和液态水的传质过程受其结构和性质的影响显著。引入微孔层(MPL)可以改善GDL中的传质，并且MP

2、L的制备方法可以显著影响MPL和GDL的结构和性质。本论文利用干法工艺制备了MPL，并重点比较分别采用干法工艺和湿法工艺制备的MPL，和基于上述MPL的GDL的结构，以及基于上述MPL的电池的输出性能。从孔结构和孔径分布的角度讨论了分别采用干法工艺和湿法工艺制备MPL对GDL结构和性质的影响。研究结果表明，引入MPL明显提高了电池在大电流密度区的输出性能；其中基于干法MPL的电池的输出性能优于基于湿法MPL的电池。在碳纸表面构建MPL改变了GDL中的孔结构，明显提高了GDL中微孔的数量，降低了GDL中超大孔所占的比例，并构

3、建了中孔和大孔：其中，基于干法MPL的GDL中中孔和大孔的数量明显较湿法MPL-GDL和无MPL-GDL中的多。当GDL中更大的疏水孔被液态水所占据后，一定数量的疏水的中孔和大孔是反应气扩散传质的重要保证。因此，采用干法工艺制备MPL提高了反应气在GDL中的传质能力；并且基于干法MPL的GDL还具有优良的导电性能和更稳定的表面疏水性。此外，干法制备MPL的工艺还具有良好的重现性。关键词：质子交换膜燃料电池；气体扩散层；微孔层；干法制备；湿法制备AbstractHaifengXU(ChemicalEngineering)Di

4、rectedbyAssociateProf．JianCHENandProf．HuaminZHANGToimprovethespecificpowerofPEMFCfortransportationisoneofthemostimportanttargetsforR&DofPEIviFC．Oneofthekcyissuesbtodecreasethemasstranspoalimitation，whichiscausedbythelackofreactantgasesatthereactionsRes．especiallyw

5、henPEMFCisoperatedathighercurrentdensity．Masstransportofthereactantgaseswillbeseriousaffectedbytheliquidwaterinsideofcell．ThetwophaseflowofwaterandgasinGasdiffusionlayer(GDL)isinfluencedsignificantlybythestructureandpropertiesofGDL．Theintroducingofmicro-porouslaye

6、rfMPL)hasbeenprovedtobeaneffectivewaytoimprovethemasstransportduetoitsabilityof‘'watermanagement'’．WhilethestructureandpropertiesofMPLandGDLaleinfluencedbythefabricationprocessofMPL．TostudyandfabricatetheGDLwithproperporousstructureandtoenhancethetransportofgasand

7、liquidwaterarcveryimportantforimprovingPEMFCoutputperformance．Inthisthesis，thepreparationofMPLbyusingdry—layerdepositionWasconducted．Andthecomparativeinvestigationsondry—layerMPLandwet—layerMPLwercperformedbyapplyingSEM，BET，mercuryporosimetryandsinglecellmeasureme

8、nts．1memainconclusionsareasfollows：AbstractTheperformanceofPEMFCsinglecell，especiallytheperformanceathighercurrentdensitiesisimprovedobviouslybyintroduc