质子交换膜燃料电池Nafion／PTFE复合膜的研究

在聚四氯乙烯（PTFE）多孔膜内浸入Nasfion树脂，制成Nasfion／PTFE复合膜用于质子交换膜燃料电池（PEMFC），该复合膜的Nasfion含量在50％左右，在干态和湿态时的拉伸强度及水化／脱水过程中，其尺寸稳定性比Nasfion均有所提高，在80℃，H2／O2压力为0．2／0．2MPa条件下，用25μm厚复合膜组装的电池性能优于Nasfion117膜组装电池的性能，测量了复合膜的O2渗透率和含水量并与Nasfion膜的性能作了比较。     

质子交换膜燃料电池Nafion/PTFE复合膜的研究

在聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜内浸入Nafion树脂,制成Nafion/PTFE复合膜用于质子交换膜燃料电池(PEMFC).该复合膜的Nafion含量在50%左右,在干态和湿态时的拉伸强度及水化/脱水过程中,其尺寸稳定性比Nafion均有所提高.在80 ℃,H2/O2压力为0.2/0.2 MPa条件下,用25 μm厚复合膜组装的电池性能优于Nafion117膜组装电池的性能.测量了复合膜的O2渗透率和含水量并与Nafion膜的性能作了比较.     

磺化聚醚砜/磷酸硼复合质子交换膜的制备与性能

采用sol-gel法成功制备了一系列有望用于高温质子交换膜燃料电池的新型磺化聚醚砜(SPES)/磷酸硼(BPO4)复合膜, 并经热重分析(TGA)-傅立叶变换红外光谱(FTIR)联用技术、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)等对膜的结构和性能进行了表征. 结果表明, 复合膜较纯SPES膜具有更高的热稳定性和玻璃化转变温度, 较低的溶胀性及较高的氧化稳定性; SEM图片显示BPO4在聚合物基体中的分布十分均匀, 这将有利于连续质子传输通道的形成; 复合膜的质子传导率随BPO4含量的增加而增加, 当温度超过120 ℃后, 复合膜仍保持着较高的质子传导率, 这表明该复合膜在高温质子交换膜燃料电池中具有良好的应用前景.     

磺化聚芳醚酮砜/ZrO2复合型质子交换膜的制备与性能

通过溶胶-凝胶法制备了纳米ZrO2无机粒子,再通过溶胶共混法制备了不同ZrO2含量的磺化聚芳醚酮砜(SPAEKS)复合膜,红外光谱显示复合膜中存在Zr-O-Zr吸收峰,扫描电镜照片显示纳米ZrO2无机粒子能够均匀地分散在SPAEKS聚合物基体中,未发生团聚现象.通过对复合膜的性能测试发现,纳米ZrO2无机粒子的引入提高...     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

质子交换膜燃料电池 (PEMFC)以质子交换膜 (PEM )作为电解质和隔膜 ,其性能强烈地依靠PEM的性质 .本文分析了PEMFC对PEM的要求 ,对全氟化、部分氟化和非氟化的PEM进行了分类介绍 ,着重讨论了膜的结构、制备、性质以及它们在PEMFC中的应用     

聚偏氟乙烯溶液法接枝苯乙烯磺酸膜的结构与形貌研究

以过氧化苯甲酰(BPO)作引发剂，通过溶液接枝聚合法把苯乙烯接枝到碱处理过的聚偏氟乙烯(PVDF)膜上，磺化后得到聚偏氟乙烯接枝苯乙烯磺酸(PVDF-g-PSSA)电解质膜。研究发现碱处理过的PVDF膜更容易与苯乙烯发生接枝聚合反应，且接枝率与碱处理时间呈线性变化关系。用红外光谱、差示扫描量热法检测PVDF膜经过接枝以及随后的磺化所发生的膜结构变化，并用SEM观察PVDF膜接枝前后以及接枝磺化后产物PVDF-g-PSSA膜的形貌及硫分布。研究表明，用KOH碱处理过的PVDF膜与苯乙烯进行接枝共聚反应时，PVDF膜结构在接枝前后和磺化前后发生变化，说明苯乙烯确实接枝到PVDF膜上。     

掺杂纳米SiO2的PVDF-g-PSSA质子交换膜

以聚偏氟乙烯(PVDF)为骨架, 采用溶液接枝苯乙烯磺酸, 合成了掺杂纳米SiO₂颗粒的复合质子交换膜(PVDF/xSiO₂-g-PSSA). 利用红外光谱、热失重分析方法、扫描电镜, 对膜的结构、热稳定性、表面及断面形态进行了表征. 考察了膜的吸水率、电导率、甲醇渗透性等性质. 结果表明, 纳米SiO₂颗粒能提高膜的阻醇性能, 掺杂质量分数10%的适量SiO₂颗粒所得的复合膜的甲醇渗透系数达1.0×10^－7 cm²/s, 低于聚偏氟乙烯接枝苯乙烯磺酸(PVDF-g-PSSA)膜的1.7×10^－7 cm²/s, 仅为Nafion-117的渗透系数的二十分之一. PVDF/10% SiO₂-g-PSSA复合膜具有较高的选择性, 在直接甲醇燃料电池中具有良好的应用前景.     

改性聚偏氟乙烯接枝共混聚苯乙烯磺酸膜的制备与性能

将苯乙烯添加到溶有原硅酸钠改性的聚偏氟乙烯(PVDF)N-甲基吡咯烷酮溶液中, 以过氧化苯甲酰(BPO)作引发剂, 苯乙烯直接接枝到原硅酸钠改性的PVDF链上, 成膜后磺化制备了聚偏氟乙烯接枝苯乙烯(PVDF-g-PSSA)膜. 采用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、能量扩散X射线(EDX)和多功能材料实验机表征了膜的结构、形貌及硫和硅的分布、机械强度、溶胀度, 使用阻抗分析和气相色谱仪研究了苯乙烯含量(w)对PVDF-g-PSSA膜的质子导电性能和阻醇性能的影响. 结果表明, 苯乙烯加入后, 原硅酸钠改性的PVDF与苯乙烯进行接枝共聚反应, 苯乙烯磺化反应不只是在膜表面进行, 同时渗入到膜中进行, 机械性能得到了改善. 质子电导率(σ)随苯乙烯质量分数的提高而升高. Na4SiO4为8%和苯乙烯为20%的PVDF-g-PSSA膜, 在25 ℃时溶胀度仅为20.4%, 甲醇透过系数在10-7 cm2·s-1数量级上, 比Nafion115膜的低一个数量级. 该膜具有较高的选择性, 在直接甲醇燃料电池中具有良好的应用前景.     

质子交换膜燃料电池用膜材料的性能表征

质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键组件之一,其性能的好坏在很大程度上决定了PEMFC的性能。本文对PEMFC膜材料的性能表征进行了综述,讨论了膜材料的孔隙率、密度、粘度、磺化率、稳定性、选择透过性及导电性等性能的表征。     

PDA/PVDF紫外线屏蔽复合膜的制备及性能表征

利用多巴胺在溶液中自聚得到聚多巴胺(PDA)颗粒, 然后将其作为填料加入聚偏氟乙烯(PVDF)中, 采用溶液成膜法制备具有紫外线屏蔽功能的PDA/PVDF复合膜. 通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)和紫外可见分光光度计(UV-Vis)对制备的PDA颗粒的结构、 形貌以及吸光度进行表征, 并且进一步利用X 射线衍射仪(XRD)、 差示扫描量热仪(DSC)、 热失重分析仪(TGA)、 接触角测量仪(CA)以及紫外老化箱等对PDA/PVDF复合膜的结构、 热性能、 润湿性能与紫外线屏蔽性能进行测试. 结果表明, 制备的PDA颗粒的粒径约为160 nm; 掺杂PDA之后的PVDF膜的结晶度以及接触角均减小; 并且PDA质量分数为5%时得到的PDA/PVDF复合膜在200400 nm范围内的透过率均低于1%, 能够吸收所有的紫外线, 表现出优异的紫外线屏蔽功能.     

聚乙烯醇/纳米纤维素复合膜的渗透汽化性能及结构表征

将聚乙烯醇/纳米纤维素(PVA/NCC)复合膜应用于乙醇-水混合溶液的渗透汽化脱水过程,探讨了纳米纤维素对膜的溶胀性能、机械性能和渗透汽化性能的影响; 利用原子力显微镜(AFM)探测了纳米纤维素的形貌特征; 采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TGA)对膜结构...     

纳米储能纤维复合过滤膜的制备及性能

以静电纺丝技术制备的同轴聚甲基丙烯酸十八烷基酯(PSMA)/聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纳米储能纤维为支撑层,经聚偏氟乙烯(PVDF)涂覆成膜和溶剂化处理,制备了一种低压高水通量的纳米储能纤维复合过滤膜(NFCM),其中以水或乙醇为凝固溶液的复合过滤膜分别记为NFCM@H2O或NFCM@EtOH.分析并讨论了不同溶剂处理方式对NFCM力学性能和表面形貌的影响,表征了膜的纯水通量和抗污性能,用扫描电子显微镜(SEM)观察了膜的横断面形貌.结果表明,PSMA/PET纳米储能纤维具有明显的吸放热行为,熔融温度和热焓值分别为36.5℃和10.7J/g,NFCM的熔融温度和热焓值分别为36℃和2.7J/g.NFCM的形貌结构、纯水通量和截留率与溶剂处理方式相关,NFCM@EtOH膜的水通量介于100~1400L/(m2·h)之间,而NFCM@H2O膜的水通量仅在40~220L/(m2·h)之间.NFCM的拉伸强度由初始0.925MPa(PVDF)提高到4.28MPa以上.NFCM中的相变材料对膜过滤性能有重要影响,并在过滤温度低于50℃时具有减缓作用.     

Assessment of Glucose Oxidase Based Enzymatic Fuel Cells Integrated With Newly Developed Chitosan Membranes by Electrochemical Impedance Spectroscopy

Considerably stable enzymatic fuel‐cells (single cell and 5‐cells stack) were prepared by using chitosan based membranes along with glucose oxidase attached bioanode. Continuous operation of fuel‐cells were monitored under short circuit conditions reaching half‐life over a week. Detailed analysis for the effects of pH, temperature, buffer types and concentration on different type of in‐house produced chitosan membranes were performed by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). EIS was utilized to observe, total electrolyte resistance, charge transfer properties, mass transfer and double layer effects on integrated fuel cells (single cell and 5‐cells stack). Performance of the fuel cells was also analyzed by the polarization experiments. Current density of the fuel cell increased at higher operation temperatures not only due to better enzyme kinetics, but also due to increase in electrolyte (membrane+buffer solution) conductivity. Buffer concentration in the fuel (glucose) solution was found as an important parameter. Under optimum fuel cell operation conditions (i. e. 30–40 °C, pH 5 0.3 M buffer solution), maximum current densities of 3.0–3.2 mA cm^?2 were reached. Low‐power devices (i. e. a calculator, step motor) were powered with 5‐cell stack producing 3 mW at 1.3 V.     

SPES/SiO_2杂化纳米纤维复合质子交换膜的制备与性能

提出了一种利用杂化纳米纤维来制备高性能质子交换膜的方法,首先采用溶液喷射纺丝技术纺制了SPES/Si O2杂化纳米纤维,再通过溶液浸渍法制备了SPES/Si O2/Nafion复合质子交换膜,并研究了其热稳定性、吸水性能、溶胀性能、质子传导性能以及甲醇渗透性能等.结果表明,杂化纳米纤维的引入明显改善了Nafion膜的热性能、尺寸稳定性,并大大提高了其质子传导性能.TG数据表明复合膜的热稳定性相比于Nafion膜得到了极大改善.复合膜溶胀率均比Nafion膜的小,SPES/Si O2/Nafion-5,SPES/Si O2/Nafion-15和SPES/Si O2/Nafion-25在80℃溶胀率仅为14.9%,15.84%和17.2%,但是复合膜的溶胀率随着Si O2含量的增加而增大.复合膜电导率随Si O2含量的增加呈先增大后减小的规律,Si O2含量为15%的复合膜在80℃、100%湿度条件下,质子导电率可达到0.154 S/cm.其阻醇性能也得到了极大改善,Si O2含量为25%的复合膜相比于Nafion膜其甲醇渗透率降低了55.3%.因此SPES/Si O2杂化纳米纤维复合质子交换膜可以作为一种新型质子交换膜应用于燃料电池中.     

质子交换膜燃料电池零下冷启动研究

在零下启动过程中,质子交换膜燃料电池阴极中氧气还原反应生成的水会在催化剂层内部结冰,因而阻碍氧气传输,覆盖催化剂层反应活性位点,降低电化学活性面积,影响燃料电池发电性能,甚至会导致零下启动失败;同时,结冰/融化循环还会破坏膜电极结构,影响燃料电池寿命。因此,质子交换膜燃料电池零下启动技术的研究对促进燃料电池汽车的推广应用有重要意义。本文针对质子交换膜燃料电池的零下启动过程,从实验研究、机理解释、模型分析及策略开发等角度对文献内容进行了梳理,并对涉及质子交换膜燃料电池零下启动过程的专利技术进行了总结。     

有机-无机复合质子交换膜的制备与界面特性

有机-无机复合质子交换膜的开发是燃料电池用质子交换膜的一个重要研究方向,本文综述了有机-无机复合质子交换膜的制备方法,分析了两相之间的界面特性,并对这种复合膜的研究前景进行了展望.     

Nafion/PTFE and zirconium phosphate modified Nafion/PTFE composite membranes for direct methanol fuel cells

We prepared Nafion/PTFE (NF) and zirconium phosphate (ZrP) hybridized Nafion/PTFE composite membranes (NF–ZrP). NF–ZrP composite membranes were prepared via two processes. One is impregnating sub-μm porous PTFE membrane directly in a Nafion/ZrOCl₂ solution (NF–Zr–d). The other is impregnating sub-μm porous PTFE membrane in a Nafion solution to prepare NF composite membrane, and then the NF membrane was impregnated in a ZrOCl₂ aqueous solution via in situ precipitation method (NF–Zr–I). The ZrOCl₂ inserted in NF composite membranes was then reacted with phosphoric acid to form ZrP and thus NF–ZrP–d and NF–ZrP–I composite membranes were obtained. The direct methanol fuel cell (DMFC) performances of membrane electrode assemblies prepared from Nafion-117, NF, NF–ZrP–d, and NF–ZrP–I composite membranes were investigated. The effects of introducing sub-μm porous PTFE film and ZrP particles into Nafion membranes on the DMFC performance were investigated. The influence of ZrP hybridizing process into NF membranes (the process of preparing NF–ZrP–I is inserting ZrOCl₂ into NF membranes after Nafion is annealed and the process of preparing NF–ZrP–d is mixing ZrOCl₂ into a Nafion solution before Nafion is annealed) on the morphology of NF–ZrP composite membranes and thus on the DMFC performance was also discussed.