试析直接甲醇燃料电池用质子交换膜的研究

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1、2006年1月中文摘要直接甲醇燃料电池(简称D瑚FC)以其高效、高能量密度、低排放和燃料储运及补充方便等特点被认为是适应未来能源和环境要求的理想动力源之一。DMFC被认为最适宜作可移动动力电源和便携式电源，如电动车电源和手机电池。目前，DMFC面临两大主要难题：一是甲醇从阳极向阴极的透过率高，即膜的阻醇性能较差；二是阳极催化荆对甲醇氧化反应的活性低。本论文在阻醇质子交换膜材料方面进行了新的尝试。磺化聚醚醚酮膜(sPEEK)是直接甲醇燃料电池用质子交换膜的候选材料之一，但是当温度和磺化度较高时，该膜在甲醇水

2、溶液中溶胀非常严重，甚至溶解，使其使用温度受到限制。为了解决上述问题，我们将聚苯胺(瞅I)和sPEEK共混制膜，准备利用酸碱聚合物之间的相互作用对SPEEK膜进行改性。SPEEK含有酸性的磺酸基团，将其与含有碱性胺基的PANI共混时，磺酸基团与胺基发生相互作用而形成离子键或氢键，从而起到对SPEEK的改性作用。我们制备了不同磺化度、不同PANI含量的SPEEl∽'ANI共混膜，并对其性能进行了考察。实验结果表明，PANI加入可以使膜的可用温度提高。对于磺化度分别为67．67％和50．11％的SPEEK膜，

3、加入20wt％的PAN／后，共混膜的可用温度分别较对应的SPEEK膜提高了60℃。PANI的加入还使共混膜的阻醇性能显著提高。对于PANI含量为10wt％和20wt％的SPEEK／PAN∞S=50．11％)共混膜，其甲醇透过系数分别为1．65x10。‘7cm2／s和3．04x10一em2／s，分别比相应的SPEEK膜下降了96．9％和98．7％。另外，SPEEK／PANI共混膜表现出良好的高温电导率。PANI含量10wt％的SPEEK／PAN(DS=50．11％)共混膜，在140℃时电导率可达O．074S

4、／cm，与该温度下№fionl15膜的电导率相近。这些研究结果显示，SPEEK位ANI共混膜和SPEEK膜相比性能有很大的改善，更有望作为中高温DMFC用质子交换膜。关键词：直接甲醇燃料电池；质子交换膜：磺化聚醚醚酮；聚苯胺；质子导电率甲醇透过系数AbstractDireCtmethanolfuelcellsfDMFC)haveattractedconsiderableattemionasanalternativetothepresentpowerSources，sincetheyoffernumerou

5、sbenefits，includinghi曲efficiency,highpowerdensity,loworzeroemissionsandeasyfuelcarriage．DMFCareexpectedtofindwideapplicationasaportableormobilepower,exemplifiedbybatteryforcellularphonesorengineforelectricvehicles．However,atpresenLtwomajortechnologyproble

6、msinDMFCstillrestricttheirperformancesandapplications．Oneproblemisthecrossoverofmethanolthroughtheprotonexchangemembranes．Theotherisslowmethanoloxidationkineticsontheanodecatalyst．Inthisstudy,developmentofmethanolbarrierconductingmembranesWasattempted．Sul

7、fonatedpolyetheretherketone(SPEEK)isaveryhopefulalternativemembranematerialfordirectmethanolfuelcells．However)wi血fairlyhighdegreeofsulfonation(DS)andwhenapproachinghi曲temperature，SPEEKmembranescanheavilyswellorevendissolve．Thisrestrictsthemembranesfromwor

8、kingaboveallightolerabletemperature，whichotherwiseenableshighprotonconductivi何Todealwiththiscontradictory,polyaniline(PAd,n)wasemployedtoblendwithSPEEK，withtheattempttotakeadvantageoftheinteractionbetweenacidandbase