高溫質(zhì)子交換膜燃料電池用Nafion復(fù)合膜的研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）具有高比功率、高能量轉(zhuǎn)換效率、高能量密度、快速啟動和環(huán)境友好等優(yōu)點成為理想動力電源之一。PEMFC被認為最適宜作可移動動力電源和便攜式電源，如手機電池和電動車電源。目前PEMFC的發(fā)展面臨的一個難題之一就是在高溫低濕條件下質(zhì)子交換膜（PEM）質(zhì)子傳導(dǎo)性能差。因此開發(fā)出高性能的質(zhì)子交換膜是PEMFC研究的重要課題。本論文著眼于PEMFC的現(xiàn)實需要和未來發(fā)展，在高溫低濕質(zhì)子交換膜方面進行了新的嘗試。

2、 Nafion（）膜是目前廣泛應(yīng)用于PEMFC的質(zhì)子交換膜之一，當(dāng)溫度超過100℃時，由于膜內(nèi)水的過分蒸發(fā)，造成其質(zhì)子傳導(dǎo)速率急劇下降，繼而使電池性能大幅下降。為了解決上述問題，我們將納米SiO2和納米TiO2顆粒摻雜于Nafion膜中，利用納米SiO2和納米TiO2顆粒的保水性能對Nafion膜進行改性。 我們制備了不同TiO2含量的Nafion/TiO2復(fù)合膜和不同SiO2含量的Nafion/SiO2復(fù)合膜，并考察了復(fù)合膜的

3、性能。實驗結(jié)果表明，納米TiO2的加入提高了Nafion/TiO2復(fù)合膜的機械性能，在納米TiO2顆粒的含量為3wt％時，復(fù)合膜的拉伸強度比Nafion膜增加了19.5％；復(fù)合膜的溶脹也被有效的限制，尺寸穩(wěn)定性也得到了提高；同時TiO2的摻雜能明顯提高復(fù)合膜在120℃低濕度下的電導(dǎo)率，在TiO2添加量為4wt％、相對濕度為45％時，Nafion/TiO2復(fù)合膜的電導(dǎo)率比Nafion膜高出幾乎一倍。 將納米SiO2摻雜于Nafio

4、n膜中能有效降低Nafion/SiO2復(fù)合膜的溶脹，增強復(fù)合膜的阻氣性能和機械強度，提高了膜在120℃低濕度的電導(dǎo)率。在納米SiO2含量為7wt％時，復(fù)合膜的氫氣透過率為1.7921×10-12mol/（Kpa.cm.min），比Nafion膜的3.9324×10-12 mol/（Kpa.cm.min）降低了1.2倍；在SiO2添加量為4％、相對濕度為55％時，復(fù)合膜的電導(dǎo)率為0.05 S·cm-1.是Nafion膜的0.024 S·c