二氧化硅改性Nafion117阳离子交换膜的性能研究

Nafion阳离子交换膜以其优秀的机械和离子选择性能得到广泛应用,而在强酸性条件下,虽然比其他类型阳离子交换膜仍有着明显的优势,但其性能却已明显降低。针对这一问题,采用了正硅酸乙酯对其进行改性处理,并对改性后膜的性能进行了研究。通过对离子交换容量、离子选择透过性、含水率的测试,发现在交换容量和含水率变化不大的情况下,对氯离子的阻挡效果得到了明显的改善,在最优的改性条件下较原膜提高了53.8%。

自组装法制备Nafion117/蒙脱土复合膜

用经过处理的有机蒙脱土,以乙醇为分散剂,Nafion117膜为原料,在超声波振荡下进行自组装,制备了Nafion117/蒙脱土复合膜.采用红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)测定了掺杂前后Nafion117膜结构的变化.结果表明,掺杂膜已经进行了自组装,蒙脱土沉积到Nafion117膜上构筑成一种特殊的复合膜.

温度对质子交换膜扩散性能影响的分子动力学模拟

为了研究Nafion膜的微细观结构及其输运特性,针对目前广为采用的Nafion 117膜并基于Materials Studio软件平台构建了一种分子动力学计算模型,在温度分别为300、353 K时,对其实施了计算,得到了不同水含量下Nafion 117膜的元胞结构,并依据该模型计算了水分子和水合氢离子的扩散系数.模拟结果表明:质子交换膜元胞的密度随水含量的增加而下降,和实验值基本一致,最大偏差在8%以内(300 K);当温度升高时,膜元胞密度降低,这与温度升高、膜体积膨胀导致密度降低的宏观分析完全一致.同时,研究了膜水含量、温度对水分子和水合氢离子在膜内的扩散系数的影响,增加水含量可以提高膜的质子传导率,同一温度下水含量越大,水分子和水合氢离子的扩散系数越大,且同一水含量下温度越高,水分子和水合氢离子的扩散系数越大.

全钒液流氧化还原电池中隔膜的研究

Nafion117和PE-01阳离子交换膜均可作为全钒液流氧化还原电池的隔膜用材料,PE-01在机械性能和化学稳定性方面优于Nafion117.探讨PE-01作为钒电池隔膜材料的优势和劣势,测定PE-01膜和Nafion 117的离子交换容量、4价钒离子在其中的扩散能力以及膜面电阻.实验表明,Nafion 117具有导电性能优良、较大的离子交换容量以及较小的面电阻;PE-01具有很好的物理性能和阻钒离子渗透能力.

质子膜表面粗糙化对质子交换膜燃料电池膜电极性能改善研究

通过对Nafion117表面粗糙化和“预先溶胀法”制备技术提高了微型PEM燃料电池膜电极的极化性能.循环伏安和交流阻抗等电化学检测方法证明,Nafion117表面粗糙化后扩展了催化层/质子膜三相界面区域,增大了电化学反应的有效活性面积,降低了界面的接触阻抗.

全氟磺酸膜的离子选择性

研究了Nafion117膜(一种全氟磺酸膜)对阳离子的选择性,测定了含K^+、Ni^(2+)及Fe^(3+)的Nafion 117膜的离子选择性系数,实验发现含H^+、K^+、Pb^(2+)、Ni^(2+)、Co^(2+)、Fe^(3+)等离子的膜都能较好符合Nemst响应.膜对一价离子的选择性优于二价及三价离子.

基于耗散粒子动力学的Nafion膜内质子扩散行为

目的研究质子在Nafion117膜内的扩散行为及其最优水合形式.方法采用耗散粒子动力学(DPD)方法,利用Materials Studio软件构建质子在Nafion117膜内传递模型,通过介观模拟获取径向分布函数和扩散系数.结果当Nafion117膜含水量达到一定程度时,水通道相互连通,构成水合质子的传递通道;增加Nafion117膜的水含量和提高温度,有利于水合质子的扩散.结论质子在Nafion117膜内传递最优水合形式为H3O+(H2O)2,研究成果为全钒液流电池性能的提升提供了重要依据.

PPy/Nafion复合膜的制备及性能表征

用0.5mol.L-1的FeCl3溶液作引发剂,采用原位化学聚合法将吡咯单体聚合在Nafion117膜基体中。复合膜的红外光谱图中出现明显聚吡咯(PPy)的特征吸收峰,说明吡咯单体聚合在Nafion117膜中。机械性能测试表明复合膜的拉伸强度比Nafion117膜提高了。热重测试表明复合膜具有更高的热稳定性能。对复合膜进行了甲醇渗透性能的测试,结果表明复合膜具有明显的阻醇作用,PPy/NF-3膜的甲醇渗透率值是5.9×10-7cm2.s-1,和Nafion117膜相比降低了53%。

Modified Nafion Polymer Electrolyte Membranes by 7-Ray Irradiation Used in Direct Methanol Fuel Cells

Modification of the commercial polymer electrolyte membrane(PEM) Nafion 117 byγ-ray irradiation to produce an improved proton exchange membrane for direct methanol fuel cells(DMFCs) was described.The Nafion 117 membrane was exposed under 7-ray irradiation circumstance with the irradiation doses from 10~3 to 10~5 Gy.Subsequently the properties of the membrane itself,in terms of swelling ratio,water uptake rate, proton conductivity and methanol permeability,together with the performance of its membrane electrode assembly (MEA) in DMFC were analyzed and contrasted with the untreated material.When the Nafion 117 membrane was exposed underγ-ray irradiation circumstance,the degradation and crosslinking reactions occurred at the same time.Specific scopes of theγ-ray irradiation dose may cause the membrane crosslinking,thus reduce the membrane swelling ratio and decrease the methanol crossover.By reducing the membrane swelling ratio and methanol permeation,the single DMFC with the modified Nafion 117 membrane produced reasonable power density performance as high as 32 W/m^2 under 2 mol/L methanol solution at room temperature.