CsHSO4摻雜的介孔Al2O3導(dǎo)電性能研究及其質(zhì)子交換膜的電池性能初探.pdf

1、本文采用不同的方法來制備CsHSO4和介孔Al2O3的復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體,并研究不同制備方法對復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體電導(dǎo)率的影響。然后,以聚偏氟乙烯(PVDF)作為基底,添加復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體,制備復(fù)合質(zhì)子交換膜;改變復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體的量,探索性能優(yōu)異的復(fù)合質(zhì)子交換膜。最后,使用不同的工藝參數(shù),將復(fù)合質(zhì)子交換膜制備成膜電極組件(MEA,membrane electrode assembly),通過檢測MEA的電池性能,探索發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的制備工藝參數(shù)。研究得到主要結(jié)論

2、如下:
　　(1)熔融法制備的復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體中,CsHSO4和介孔Al2O3完全反應(yīng);研磨法、干球磨法、濕球磨法制備的復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體,保留了CsHSO4和介孔Al2O3。但是,摩擦破壞了部分介孔Al2O3的孔隙,使其比表面積(SBET)發(fā)生了不同程度的下降:其中,濕球磨法能夠最好地保護介孔 Al2O3的孔隙結(jié)構(gòu),使樣品具有最大的SBET。此外,在100-200℃范圍內(nèi),介孔Al2O3電導(dǎo)率隨溫度升高而降低;復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體電導(dǎo)率隨溫度升高

3、而升高。添加CsHSO4使介孔Al2O3的高溫電導(dǎo)率大幅度提升,其中濕球磨法制備的復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體具有最高的電導(dǎo)率。
　　(2)在100-200℃,PVDF膜和復(fù)合質(zhì)子交換膜的電導(dǎo)率都隨著溫度的升高而升高。復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體的添加,使復(fù)合質(zhì)子交換膜的電導(dǎo)率比相同溫度下的PVDF膜高了2-4個數(shù)量級。制備復(fù)合質(zhì)子交換膜時,PVDF質(zhì)量分數(shù)大于20％的復(fù)合膜具有較好的機械性能。此外,當(dāng)膜內(nèi)的CsHSO4質(zhì)量分數(shù)大于50%時,復(fù)合膜的電導(dǎo)率隨著C

4、sHSO4含量的增加而升高。在PVDF質(zhì)量分數(shù)大于20%的情況下,電導(dǎo)率最高的復(fù)合膜的各組分質(zhì)量百分數(shù)為:36.73%的PVDF、55.10%的CsHSO4、8.16%的Al2O3。
　　(3)分別采用刷涂法和噴涂法制備催化劑層。通過觀察發(fā)現(xiàn),噴涂法能夠制備得到分布更均勻、性能更好的催化劑層。熱壓的溫度、時間、壓力對MEA的影響主要在質(zhì)子通道的建立和復(fù)合膜完整性的保持。當(dāng)熱壓參數(shù)為145℃、8 MPa、10 s時,熱壓的MEA性能