新型萘酐型磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成

以新型磺化二胺单体, 1,4-双(4-胺基-2-磺酸基苯氧基)苯(DS-TBDA)与非磺化单体1,4′-二胺基二苯醚（ODA）、 1,4,5,8-萘四酸二酐(NTDA)为原料, 采用高温聚合法, 制备了一系列具有不同磺化度的萘酐型磺化聚酰亚胺(S-PI)质子交换膜材料, 并研究了材料性能与结构的关系. 磺化度超过33%时, 质子传导率可达到与Nafion膜同一数量级的水平, 而甲醇透过率均在2.85×10-7 cm2/s以下, 比Nafion膜低1-2个数量级. 研究结果表明, 该膜有望在直接甲醇燃料电池(DMFC)中获得应用.     

平整层对PEM燃料电池自增湿性能的影响

制备了不同聚四氟乙烯(PTFE)含量与不同碳载量的电极平整层,经过相同的膜电极成型工艺处理后,组装成单电池进行极化曲线与交流阻抗分析,发现平整层中的聚四氟乙烯含量从24%增到35%时,H₂/O₂型燃料电池自增湿发电最高功率密度增长了0.1W/cm²,但当聚四氟乙烯含量增大到42%时,电性能略有下降;然而H₂/Air型燃料电池自增湿发电性能却随着聚四氟乙烯含量增大而提高.平整层载量对自增湿发电影响较大,平整层载量为4.0mg/cm²的膜电极与无平整层的膜电极在H₂/O₂自增湿操作下相比,最高功率密度提高约0.27W/cm².通过压汞仪与扫描电镜(SEM)对平整层的物化性能进行了结构分析.     

新型自增湿膜电极的制备及其燃料电池性能

质子交换膜燃料电池 (PEMFC)是以环境友好的方式输出高功率密度的电能 ,有望应用于动力电源、家用电源、通信电源及便携式电源等领域 [1] .在 PEMFC的应用开发中 ,成本正在逐渐降低 ,各种贮氢系统也相继出现 .然而要使 PEMFC实现产业化还必须简化复杂的运行系统 ,提高电池的功率体积比与功率质量比 .为此 ,自增湿 PEMFC被视为最有希望的燃料电池应用技术 .自增湿膜电极是实现自增湿技术的根本途径 .Watanabe等[2 ] 首先提出用 Pt微粒与 Si O2 或 Ti O2 掺杂在电解质膜中制备自增湿 MEA,Pt微粒有效地阻止了氢氧的交叉扩散 ,并在…     

高比表面TiO2光催化剂的制备及产氢性能研究

以钛酸四丁酯为前驱体，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂合成了高比表面的TiO₂超细纳米粉体。采用XRD、TEM、BET分析方法对催化剂的物相、颗粒粒径及比表面积进行了表征，结果显示TiO₂的晶粒尺寸和比表面积与CTAB添加量和焙烧温度有关。重点考察了不同条件下制备的TiO₂系列光催化剂无氧条件下的光催化分解水产氢性能。实验结果表明，当CTAB与Ti的投料的物质的量之比为0.15，焙烧温度为450 ℃时，获得的晶粒尺寸为5.73 nm、比表面为150 m²·g^-1的TiO₂粉体具有最好的光催化产氢活性，测得的3 h内平均产氢速率为12.5 mL·h^-1。     

PEM燃料电池的自增湿膜电极制备及其性能分析

用溶胶-凝胶法制备出了超亲水性的SiO₂凝胶, 经过双氧水灼烧、酸化与干燥后, 与Nafion聚合物混合喷涂在电极与固体电解质之间, 制作出了一种新型的自增湿膜电极. 用IR, BET和XRD表征了SiO₂的亲水性、比表面积和晶体结构, 用SEM, EDS表征了电极表面形貌和元素分布, 用极化放电法和交流阻抗法分析了自增湿膜电极在外增湿与自增湿方式下发电的性能. 实验结果表明, SiO₂粉末表面具有很强亲水能力, 介于催化层与质子交换膜界面上的SiO₂颗粒改善了电化学三维反应区, 增加了电极反应区稳定性, 极大地增强了电池阴极电化学产物水的反扩散作用, 实现了无需外加湿的自增湿操作. 在0.2MPa, 70℃及干反应气体条件下, 单电池的最高功率密度可达到1.5 W/cm².     

Preparation of a self-humidifying membrane electrode assembly for fuel cell and its performance analysis

A novel nano-porous material SiO2-gel was prepared. After being purified by H2O2, then protonized by H2SO4 and desiccated in vacuum, the SiO2-gel, mixed with Nation solution, was coated between an electrode and a solid electrolyte, which made a new type of self-humidifying membrane electrode assembly. The SiO2 powder was characterized by FTIR, BET and XRD. The surface of the electrodes was characterized by SEM and EDS. The performances of the self-humidifying membrane electrodes were analyzed by polarization discharge and AC impedance under the operation modes of external humidification and self-humidification respectively. Experimental results indicated that the SiO2 powder held super-hydrophilicity, and the layer of SiO2 and Nation polymer between electrode and solid electrolyte expanded three-dimension electrochemistry reaction area, maintained stability of catalyst layer and enhanced back-diffusion of water from cathode to anode, so the PEM Fuel cell can generate electricity at self-humidification m     

质子交换膜燃料电池分体式集成电堆

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是电动汽车的最佳候选电源。为提高其效率,研制了一种分体式质子交换膜燃料电池集成电堆。采用外置式Nafion○R115膜加湿器,加湿系统与冷却系统合二为一。在70℃,气体流量小于7L/min时,膜加湿器能为反应气体提供摩尔分数为72%的加湿量,满足了电堆的加湿需求。电堆活性面积为390cm2,在电流密度为2.1A/cm2时,电堆最大功率可超过1.2W/cm2。用电化学分析方法研究了电堆的静态与动态电性能。发现小于1A/cm2的电流密度有利于电堆活化,而电流密度超过1.5A/cm2会使电堆的稳定性变坏。     

磺化聚醚醚酮/磷酸锆复合质子交换膜的制备及性能

采用溶胶-凝胶法原位生成磷酸锆,制备磺化聚醚醚酮／磷酸锆复合质子交换膜。采用扫描电镜观察复合膜的断面形貌;采用热重分析仪研究复合膜的热稳定性;采用气相色谱测量并计算了复合膜的阻醇性;采用交流阻抗法测量复合膜的质子传导率;同时还研究复合膜的吸水率、尺寸稳定性。研究结果表明：复合膜中磷酸锆呈无定形状态,与有机基体结合紧密;随着磷酸锆含量的增加,复合膜的热稳定性、尺寸稳定性和阻醇性能提高,吸水率降低,当磷酸锆含量（质量分数）为30％时,复合膜的甲醇渗透系数比磺化聚醚醚酮（sPEEK）膜降低47．5％;在100％相对湿度下,复合膜的稳定温度随磷酸锆的含量增加而升高,含磷酸锆20％以上的复合膜在80℃时仍稳定;质子传导率在低温下略有降低,但随温度的升高,质子传导率有所增加,当温度为80℃时,质子传导率与Nafion115膜的传导率相当。     

磺化聚醚醚酮(sPEEK)/SiO2杂化质子交换膜的制备与表征

为提高磺化聚醚醚酮(sPEEK)质子交换膜的耐甲醇渗透性能,用正硅酸乙酯为前驱体制得硅溶胶,在sPEEK中原位生成SiO2,制备了直接甲醇燃料电池用sPEEK/SiO2杂化质子交换膜材料,用核磁共振(1H-NMR)和Fourier红外光谱(FT-IR)表征了膜的化学结构,用扫描电子显微镜(SEM)观察了sPEEK与SiO2的复合形态,用交流阻抗仪和气相色谱仪分别测定了膜的质子传导率和甲醇渗透系数。实验结果表明,在质子传导率没有严重降低的同时,杂化膜的阻醇性得到了较好的改善。     

直接甲醇燃料电池动态行为的交流阻抗研究

采用交流阻抗法(EIS)研究了直接甲醇燃料电池(DMFC)放电状态下的动态电化学行为及内部作用机理. 通过L1R1[QR2(L2R3)]形式的等效电路对其阻抗图谱进行了较好的模拟解析, 研究结果表明, 高频电感(L1)相关于EIS的测量过程; 系统电阻(R1)和电荷转移电阻(R2)随工作电流的升高均呈下降趋势, 但传质状况对其具有一定干扰; 低频电感(L2)和低频电阻(R3)随电流的升高均逐渐降低, 这共同反映出阳极甲醇的电氧化行为; 电极反应驱动力和内部传质共同决定常相位角元件Q的变化规律, 随着放电电流的升高, 电池内部表现出了由理想电容到浓差极化的中间过渡过程.