直接甲醇燃料電池用電解質(zhì)膜的研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、燃料補(bǔ)充方便、體積和質(zhì)量比能量密度高等特點(diǎn),有望成為未來(lái)理想動(dòng)力源之一,用作移動(dòng)動(dòng)力電源和便攜式電源.DMFC能否順利地實(shí)現(xiàn)商業(yè)化和民用化,其電解質(zhì)膜、電極材料和催化劑起著關(guān)鍵的作用.通用的Nafion<'(R)>電解質(zhì)膜和Pt或Pt合金催化劑價(jià)格昂貴,且膜存在甲醇"穿透"問(wèn)題.為此,該文從非貴金屬在堿性介質(zhì)中具有高活性這一點(diǎn)出發(fā),尋找合適的電解質(zhì)膜.碳酸鹽(如K<,2>CO<,3>)系中強(qiáng)堿鹽

2、,其作為DMFC電解質(zhì)時(shí),一可放寬電極催化劑的選擇范圍;二可抑制CO<,2>進(jìn)入電解質(zhì)溶液中.我們提出了將碳酸鹽聚合物膜用于DMFC的新思路并采取三種方法制備出K<,2>CO<,3>摻雜型電解質(zhì)膜.第一,在聚丙烯酰胺凝膠中嵌入K<,2>CO<,3>,利用凝膠中的水分子來(lái)保證碳酸鹽發(fā)生電離,制備出K<,2>CO<,3>摻雜聚丙烯酰胺凝膠電解質(zhì)膜.第二,為提高K<,2>CO<,3>摻雜聚丙烯酰胺凝膠電解質(zhì)膜的強(qiáng)度,選擇聚醚砜微孔膜作增強(qiáng)材料

3、,讓聚合在膜微孔內(nèi)發(fā)生,制成增強(qiáng)型K<,2>CO<,3>摻雜聚丙烯酰胺凝膠電解質(zhì)膜.第三,分兩種途徑直接摻雜高聚物,一是選擇水溶性聚丙烯酰胺或聚四氟乙烯水乳液,使K<,2>CO<,3>在其水相中溶解后制成復(fù)合膜;二是K<,2>CO<,3>顆粒直接摻雜熱塑性聚氨酯彈性體或尼龍6和聚己內(nèi)酰胺負(fù)載K<,2>CO<,3>摻雜聚砜制備出復(fù)合膜.研究發(fā)現(xiàn),K<,2>CO<,3>摻雜型電解質(zhì)膜的電導(dǎo)率均比較高,且隨溫度的升高而增加,增加幅度大于Naf

4、ion膜;增強(qiáng)型K<,2>CO<,3>摻雜聚丙烯酰胺凝膠電解質(zhì)膜和支撐型K<,2>CO<,3>摻雜水溶性聚丙烯酰胺復(fù)合膜在甲醇液態(tài)進(jìn)料的DMFC中應(yīng)用時(shí),電池放電性能比較穩(wěn)定,并具有一定的阻醇作用.此外,K<,2>CO<,3>摻雜高聚物制備復(fù)合膜的方法為制備其它的離子傳導(dǎo)性電解質(zhì)膜提供了有益的借鑒.從碳酸鹽水溶液與CO<,2>平衡的開(kāi)放體系入手,考察了溫度對(duì)碳酸鹽體系中各組分濃度的影響;闡明了為什么碳酸鹽電解質(zhì)體系具有抑制甲醇氧化產(chǎn)物C