質(zhì)子交換膜燃料電池產(chǎn)業(yè)化制約因素研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料(如氫氣)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池有著起動快，高效，低污染的特點(diǎn)，這一特點(diǎn)使其成為未來移動電源及備用電源的重要候選電源。
　　 目前，制約質(zhì)子交換膜燃料電池商業(yè)化的主要是燃料電池的壽命與成本問題。質(zhì)子交換膜是燃料電池的核心組件。質(zhì)子交換膜的物理退化被認(rèn)為是燃料電池失效的重要原因之一。而已有的研究表明，提高強(qiáng)度可以提高可以改善膜的耐久性。熱處理是提高膜的

2、機(jī)械性能的有效途徑。但是熱處理提高機(jī)械性能的機(jī)理并不清楚，而且對膜的導(dǎo)電性影響也令人擔(dān)心。本文研究了不同熱處理工藝對膜Nafion211膜機(jī)械性能及傳導(dǎo)性能的影響。此外，本文還對質(zhì)子交換膜燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化過程進(jìn)行了模擬，從資源限制的角度探討了燃料電池關(guān)鍵材料對其產(chǎn)業(yè)化的影響。本文通過研究得到以下主要結(jié)論：
　　 (1)對Nafion膜進(jìn)行120℃-160℃之間的熱處理時可以提高膜的結(jié)晶度，但熱處理引起的無規(guī)則熱運(yùn)動會破壞膜的

3、團(tuán)簇結(jié)構(gòu)，從而降低膜的電導(dǎo)率。也就是說直接將Nafion膜進(jìn)行熱處理是行不通的。對Na離子修飾的Nafion膜進(jìn)行220℃-240℃之間的熱處理也可以改善膜的機(jī)械性能。同時，由于Na離子的引入，膜內(nèi)形成強(qiáng)大的靜電網(wǎng)絡(luò)。在靜電網(wǎng)絡(luò)的作用下，高溫?zé)崽幚頃r膜中離子團(tuán)簇發(fā)生有序化重構(gòu)，使膜中側(cè)鏈活動性增強(qiáng)。這一結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致了膜電導(dǎo)率的提高。對Na型Nafion膜進(jìn)行2h的熱處理(如在240℃)可以較好的平衡膜的強(qiáng)度和電導(dǎo)率關(guān)系，同時可以使膜的溶