石墨相氮化碳在聚合物电解质膜中的研究进展

燃料电池因具有能源转换效率高、近零污染、低噪音等优点受到广泛关注。聚合物电解质膜作为燃料电池的重要组成部件之一,其性能优劣决定了电池的实际表现。为解决聚合物电解质膜在稳定性及离子传导率方面存在的不足,无机纳米材料掺杂作为常规的改性手段应用到聚合物电解质膜材料中。近年来,石墨相氮化碳(g-C_(3)N_4)因其独特的结构特征和优秀的物化性能,被广泛应用于聚合物电解质膜材料的制备和改性。本文主要综述了g-C_(3)N_4的结构和性质,总结了g-C_(3)N_4基复合膜的制备方法,重点对目前g-C_(3)N_4在聚合物电解质膜中的研究和应用情况进行了综述,展示了其在聚合物电解质膜改性方面的重要成果,并对其在该领域未来的发展做出展望。

基于互穿网络技术构筑环境友好型聚合物电解质膜及其电化学性能

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为反应型乳化剂,丙烯酸丁酯(BA)、丙烯腈(AN)和丙烯酸(AA)为单体,利用互穿网络技术通过乳液聚合法制备了环境友好型聚合物电解质膜(M-ABAA),采用FTIR、XPS、SEM、TEM和TG对M-ABAA进行了表征;通过CV、EIS和充放电测试考察以M-ABAA为电解质膜组装的CR2032电池的电化学性能。结果表明,当m(AMPS)∶m(BA)∶m(AA)∶m(AN)=1∶3∶2∶2时,制备的M-ABAA(M2)的离子电导率为0.98 mS/cm,抗拉强度为7.53 MPa,断裂伸长率为90.4%,吸液率为150%,热收缩率为4%。M2与目前锂离子电池主流的正负极材料(LiCoO_(2)、LiMn_(2)O_(4)、LiFePO_(4)、NCM811)具有较好的相容性,普适性较好。以M2为电解质隔膜,金属锂为负极,分别以LiCoO_(2)和石墨为正极组装成半电池,0.2 C倍率下的首次放电比容量分别为141.3和347.1 mA·h/g,100圈循环后容量保持率分别为94.8%和85.0%;2.0 C倍率下,放电比容量分别为119.8和239.0 mA·h/g。

湿法PET无纺布支撑层的制备及其在聚合物固态电解质膜中应用研究

采用湿法抄纸和热压工艺,制备了高孔隙率、高强度、超薄、厚度均一性的多孔PET无纺布,作为聚合电解质膜的支撑材料。实验首先优选确定了最佳主干纤维(SF)与粘接纤维(BF)质量比为6:4,通过优化疏解分散工艺,制备了分散性良好的PET短纤浆料,抄片得到厚度偏差±5 μm的原纸。详细研究了热压温度和压力对最终产品厚度、孔隙率、拉伸强度和透气性等性能的影响。结果表明无纺布的机械强度和孔隙率、透气性呈负相关,经平衡各工艺参数后,可制备拉伸强度大于40 MPa、孔隙率大于40%、厚度小于20 μm的超薄、高强度湿法PET无纺布。此外,将优化得到的高强度湿法PET无纺布与聚合物电解质复合得到聚合物电解质膜,经评价其具有优良的电化学性能。

用于聚合物电解质膜燃料电池中的质子导电膜

聚合物电解质膜燃料电池 (PEMFC)是 2 0世纪 6 0年代兴起的第五代燃料电池 ,以其诸多优点正引起人们越来越多的关注和研究。其中作为电解质的功能高分子膜是这类燃料电池的“心脏”,起着隔离阴阳极、绝缘电子和选择性输运质子的作用。它的性能决定着 PEMFC的输出功率、电池效率、成本及应用前景。文中对这类膜材料 (包括全氟磺酸膜、掺杂酸型膜及接枝型磺酸膜等 )的结构、性能及发展现状作了综述 ,并指出在膜材料上的突破将使燃料电池成为 2

一种新型锂离子电池用聚合物电解质复合膜的制备和性能表征

阐述了一种新型锂离子电池用PVDF-HFP(聚偏氟乙烯-六氟丙烯聚合物树脂)基聚合物电解质复合膜的制备过程.对复合膜中使用的无机TiO2纳米颗粒进行固体超强酸化处理,并进行颗粒表面酸强度H0测试、XRD晶体结构分析以及复合膜的电解液吸附率测试和电化学阻抗谱测试.采用PE无纺布支撑体作为增强材料,以浸涂方法制备复合膜,并进一步组装为锂离子电池,性能测试表明该电池具有良好的电化学性能.

聚合物质子传导电解质膜的研究进展

聚合物质子传导电解质膜(或称质子交换膜)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的电解质和隔膜,其性能在很大程度上决定了PEMFC的性能。本文对目前已商业化的全氟磺酸膜和部分氟化膜以及目前正在大力开发的非氟化质子交换膜的状况及研究进展进行了介绍,并讨论了这些质子交换膜的结构、制备、性能以及它们在燃料电池中的应用。

PVDF-PEO交联复合型聚合物电解质膜研究

对使用聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氧化乙烯(PEO)共混并添加气相SiO2组成的聚合物电解质膜中的聚偏氟乙烯进行交联处理,得到交联复合型聚合物电解质膜。交联后的聚偏氟乙烯使聚合物膜具有良好的强度,聚合物膜中未交联的聚氧化乙烯能在电解液中溶涨,使聚合物膜具有良好的电导率并与电极具有良好的复合能力。比较了聚偏氟乙烯与聚氧化乙烯投料比例对交联比例、电导率的影响,在聚合物电池中进行了电性能初步试验。结果表明,所制备的聚合物电解质膜具有良好的高低温性能,与锂具有良好的相容性,组成的聚合物锂离子蓄电池具有良好的循环性能。

复合型聚合物电解质膜的研究

报导了一种复合聚合物电解质膜的制备方法,并对其结构和电化学性能进行了研究。与普通塑料化聚合物电解质膜相比,复合电解质膜具有机械强度高、变形性小、电导率高等特点,能满足聚合物锂离子电池的规模化生产。

多孔状聚合物固体电解质膜的制备与性能

采用微波热交联技术制备出了多孔状的PVDF/PMMA(聚偏氟乙烯 /聚甲基丙烯酸甲酯 )共混的固体电解质薄膜材料 ,电性能测试表明该固体电解质薄膜在室温下的电导率可达到 2 .0 5× 10 -3 S·cm-1,并具有良好的机械性能。用电导率、扫描电镜、X射线衍射和差热分析技术对该膜进行了分析 ,结果表明把PMMA掺入PVDF体系的固态电解质可以明显改善PVDF体系的固态电解质的强度 ,增加其柔韧性 ,同时也可以提高该固体电解质与电解液的亲合力 ,从而提高其吸液和保液的能力。

增塑剂对聚合物电解质膜性能的影响

为了研究聚合物锂离子蓄电池制备过程中增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)对聚合物电解质膜性能的影响,采用交流阻抗法、扫描电镜SEM、拉伸强度测试等实验方法和手段,针对不同增塑剂DBP的添加量对聚合物电解质膜的微观结构、力学性能、吸附性能以及电导率的影响进行了系统的研究和分析。研究结果表明,当聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)与DBP比例为1∶2(质量百分比)左右时聚合物电解质膜具有较好的性能,吸液量290%,拉伸强度0.83MPa,电导率1.12×10-3S·cm-1。

燃料电池聚合物电解质膜

本文简要介绍了聚合物电解质膜燃料电池的定义、分类、工作原理及其特点,综述了国内外在燃料电池聚合物电解质领域的最新成果。对质子传导率与甲醇渗透系数的关系进行了初步探讨,详细评述了近年来AAPEM和ACPEM这两类聚合物电解质膜的研究进展,并对今后的研究趋势作了展望。

聚吡咯/聚合物固体电解质双层复合膜研究

在聚合物固体电解质 (聚乙二醇不饱和聚酯网络 -LiClO4 )中进行吡咯电化学聚合原位制得了聚吡咯 /聚合物固体电解质双层复合膜。用扫描电镜观察复合膜的界面结构 ,用循环伏安和交流阻抗法研究了复合膜的电化学掺杂脱掺杂性能。结果表明 ,聚吡咯 /聚合物固体电解质双层复合膜具有相互穿插渗透的固 /固密接界面结构 ,这种界面结构改善了聚吡咯和聚合物固体电解质间的界面接触 ,提高了聚吡咯在聚合物固体电解质中的电化学掺杂脱掺杂性能。

高温质子交换膜燃料电池用离子液体聚合物电解质的研究进展

综述了近十几年来高温质子交换膜燃料电池用离子液体聚合物电解质的研究进展及其在高温质子交换膜燃料电池中的应用进展,指出了此类电解质目前存在的亟待解决的两个问题:咪唑类离子液体毒化Pt基催化剂和复合膜中离子液体的长期稳定性。最后对高温质子交换膜燃料电池用离子液体聚合物电解质的发展前景作了展望,即开发与Pt基催化剂相容的离子液体聚合物电解质以及预防复合膜内离子液体的流失,即提高高温质子交换膜燃料电池的性能及长期稳定性,最终提高高温燃料电池的寿命。

用于高温质子交换膜燃料电池的聚合物电解质膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池在降低燃料电池水热管理复杂性、催化剂中毒方面有明显优势;可改善电池阴阳两极尤其是阴极氧气还原反应的动力学特性,提高电池的效率。聚合物电解质膜作为关键材料之一,在高温时易失水导致质子传导率降低、机械强度和热稳定性不高等问题。本文基于磺酸、磷酸和离子液体等不同质子传递介质,对高温聚合物电解质膜进行综述,比较了各类聚合物电解质膜的优缺点及应用时存在的问题,着重探讨嵌段共聚物在高温聚合物电解质膜方面的潜在应用,指出离子液体的添加不但可作为质子载体,而且在构建嵌段聚合物结构方面可发挥"诱导剂"作用。提出通过分子设计可更好了解嵌段聚合物的空间构效关系,进而通过结构设计提高膜的质子传导性能和稳定性。

聚合物电解质膜燃料电池电催化剂的进展

评述了近年来聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)电催化剂的进展,其中包括核/壳结构、中空结构等结构及形状可控的Pt基催化剂、非贵金属催化剂及石墨烯、有序介孔碳等新型载体,并对发展前景进行了展望。

固体聚合物电解质水电解膜电极的电化学阻抗谱研究

测量了不同电解温度、电解电压等操作条件下固体聚合物电解质水电解膜电极的电化学阻抗谱,采用ZSimpWin软件对阻抗谱进行了拟合和分析。结果表明,提高电解温度,可减小电极的电化学反应电阻以及固体聚合物电解质膜的电阻;提高电解电压,电极的电化学反应电阻降低,但是电压过高,受气泡效应显著影响,电极反应电阻反而增加,阻抗谱中出现散乱的点;与质子交换膜燃料电池不同,SPE水电解过程中膜电极的阻抗谱出现"弥散效应",拟合时采用的等效电路也不同。

新型复合聚合物电解质膜的制备及性能

采用相转换法制备了以天然橡胶（NR）/丁苯橡胶（SBR）为基质的新型复合聚合物电解质膜.利用交流阻抗、线性扫描伏安和恒电位计时电流法对电解质膜的电化学性能进行了研究.结果表明：该电解质膜在25℃下的电导率为10^-5～10^-4S/cm,在m（NR）：m（SBR）=40：60、LiClO4和SiO2的质量分数分别为22%和21%时,电导率达到最大值1.2×10^-3S/cm,电解质膜的电化学稳定窗口和Li＋迁移数也分别达到了6.8 V和0.397.

锂离子电池用新型复合聚合物电解质膜的性能研究

聚合物电解质膜是影响锂离子电池性能的重要因素 ,通过对聚合物的改性 ,能够改善聚合物电解质膜综合性能。本文以偏氟乙烯—六氟丙烯共聚物 [P(VDF-HFP) ]为基 ,以 N甲基吡咯烷酮 (NMP)作溶剂 ,γ-丁内酯 (γ-BL)作添加剂 ,用倒相湿法制备出复合聚合物电解质膜 ,并对其离子传递、膜结构和电化学性能进行了研究。用限制扩散方法测定了该电解质膜的锂离子扩散系数为 5 .6 8× 1 0 - 1 0 cm2·s- 1 ;用稳态极化法测定了该电解质膜的迁移数为 0 .6 1 ;用交流阻抗法测得该电解质膜的室温最高电导率可达 1 .73× 1 0 - 3 S· cm- 1。测试结果表明 ,该聚合物电解质膜具有较好的离子传输性质和电化学性能。

用于燃料电池的季铵基团的PVA/PAADDA碱性聚合物电解质膜的制备及稳定性

通过聚合物交联共混法制备了具有化学交联结构的聚乙烯醇/二甲基二烯丙基氯化铵和丙烯酰胺共聚物(PVA/PAADDA)碱性聚合物电解质膜.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)和交流阻抗等方法考察了PVA/PAADDA膜的分子结构、微观形貌、热稳定性、耐碱稳定性、尺寸稳定性和电导率.红外光谱分析结果表明,PAADDA成功地混入PVA基体中.SEM分析结果表明,当m(PVA)∶m(PAADDA)<1∶1时,膜外观致密,均匀,未观察到明显的微相分离.TGA结果表明,PVA/PAADDA碱性复合膜热分解起始温度为210℃,高于其它季铵基团的碱性聚合物电解质膜(20～90℃).PVA/PAADDA碱性复合膜经高温、高浓度碱溶液(80℃,6 mol/L)处理后,仍表现出很好的耐碱稳定性.由于膜内形成致密的内互交联网络结构,使得PVA/PAADDA膜经60℃水处理300 h后同样表现出优良的尺寸稳定性和电导率稳定性.室温下PVA/PAADDA碱性复合膜的甲醇渗透率为10-7 cm2/s数量级以上,比Nafion 115膜低一个数量级.

聚合物电解质膜燃料电池空气供应系统故障诊断

聚合物电解质膜燃料电池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell,PEMFC)空气供应系统中的故障通常会导致系统性能衰减甚至对电堆造成损害.针对PEMFC空气供应系统的故障诊断问题,提出了一种基于改进的人工蜂群算法(IABC)优化支持向量机(SVM)的故障诊断方法.采用文献中的非线性燃料电池系统模型,并在系统中加入方差为1的高斯噪声.通过引入Levy飞行策略,对标准人工蜂群算法(ABC)进行改进,提高了人工蜂群算法的全局搜索的能力,进而通过改进的人工蜂群算法优化支持向量机的惩罚因子C和核函数参数g,利用优化后的SVM分类器模型对PEMFC空气供应系统进行故障诊断研究.结果表明,该IABC-SVM算法故障诊断的准确率达到96.12%,具有良好的故障诊断效果.