磺化聚醚醚酮/Nafion复合质子交换膜的制备及性能

以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为原料,采用静电纺丝技术制备了SPEEK/Nafion复合膜(SP/NF),并采用热喷涂法在SP/NF膜上喷涂Nafion溶液制备了SPEEK/Nafion/Nafion复合膜(SP/NF/NF)。通过扫描电镜测试及红外光谱测试等方法对膜的物理结构进行了表征,同时测试了膜的吸水率、离子交换容量及质子传导率,并将复合膜组装成单电池测试了电池性能。结果表明,SP/NF/NF复合膜的质子传导率及单电池测试的最高功率密度均高于Nafion 212膜,且复合膜的成本低于Nafion膜,显示了其作为质子交换膜应用于燃料电池系统的潜能。

高温质子交换膜燃料电池用聚苯并咪唑/聚乙烯基苄基交联膜的制备与性能研究

为提高聚苯并咪唑(PBI)膜的抗氧化性能,以乙烯苄基氯(PVBC)作为PBI的大分子交联剂,并利用1H-1,2,4-三氮唑取代交联剂中的不稳定端基Cl,制备了交联型高温质子交换膜,考察了交联剂用量对膜的电化学性质的影响.研究表明,膜中的交联结构有效提高了膜的抗氧化性能,并兼具优异的电导率及力学性能.采用无增湿H2和O2对膜电极性能进行了测试,150oC下电池最大功率密度达到0.82 W·cm-2.

质子交换膜燃料电池催化层化学稳定性研究

本文采用Fenton试剂离线加速衰减测试考察质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化层的化学稳定性.在经100 h Fenton试剂处理后,氟离子流失测试和傅里叶红外光谱表征(ATR-FTIR)证明催化层中全氟磺酸离聚物(Nafion)发生了化学降解;通过透射电镜(TEM)观察到催化层中发生了明显的Pt颗粒团聚和炭载体腐蚀,与TEM表征相一致,循环伏安测试(CV)表明电化学活性面积(ECSA)降低了58%,并伴随着双电层区域的明显减少;FTIR测试进一步表征了炭载体的表面状态,并没有观察到明显的含氧官能团的产生,减少的炭载体可能以CO_2的形式释放出去.全电池测试表明,自由基攻击对催化层组成和结构造成了明显损坏,显著增加了催化层中的质子传导阻力和局部气体传输阻力,导致全电池性能大幅降低.

面向氢空、无增湿操作条件的高保水性质子交换膜的制备与性能

作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一个重要应用场景,开发满足无人机用的低温质子交换膜燃料电池(Low Temperature-PEMFC)正受到越来越多的关注。无人机所采用的PEMFC操作条件比较特殊,作为原料的H2、空气均为无加湿的干气。针对这一特殊操作条件,需开发相应的具有保水能力的质子交换膜。为此,首先合成了一种具有高保水性的高分子树脂(PAAAM),将其加入Nafion溶液中混合均匀,利用溶液浇铸法制膜,探索并优化了PAAAM的加入量;随后,对保水复合膜进行了FTIR、SEM、质子传导率、保水性、溶胀率、拉伸强度、热失重性能等表征,并进行电池输出性能测试;最终结果表明:Nafion系质子交换膜在原料为干空气、干H2的条件下,最适宜的操作温度区间为50~55℃。当PAAAM加入量为1.0wt%时,Nafion基复合膜(NFPAM1)具有更优的电池性能。当电池温度55℃、干燥H_(2)、空气流量分别为0.1 L·min^(−1)和0.55 L·min^(−1)时,采用NFPAM1复合膜的PEMFC最高功率密度为691 mW·cm^(−2)。