直接甲醇燃料電池關(guān)鍵材料的制備與表征.pdf

1、從DMFC關(guān)鍵材料入手，分別制備了兩種質(zhì)子交換膜材料和兩個(gè)陽(yáng)極催化劑體系。制備了含氟的聚芴醚酮和含有聚四氟乙烯的復(fù)合膜兩種質(zhì)子交換膜材料，對(duì)其導(dǎo)電率、穩(wěn)定性、抗甲醇滲透性能等進(jìn)行了表征。采用微波法，在PtRu和PtSn催化劑體系中引入聚鉬陽(yáng)離子，對(duì)制得的催化劑形貌、結(jié)構(gòu)和電催化性能進(jìn)行了表征。 在質(zhì)子交換膜方面，以雙酚芴、十氟聯(lián)苯和磺化二氟酮作為單體，合成了磺化含氟聚芴醚酮(SFPEEK)。該聚芴醚酮可溶于極性有機(jī)溶劑，具有較高

2、的黏度，易于澆鑄形成柔韌透明的薄膜。用其制成的質(zhì)子交換膜表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性和抗水解、抗氧化性能。在相同測(cè)試條件下，SFPEEK膜具有與杜邦公司Nafion117膜相當(dāng)?shù)馁|(zhì)子電導(dǎo)率，同時(shí)，具有比Nafion117更好的耐甲醇滲透性能。直接甲醇燃料電池(DMFC)單池測(cè)試表明，放電到0.2V時(shí)，用SFPEEK膜制備的單池電流密度可達(dá)66mA/cm2，電池性能優(yōu)于相同條件下用Nafion117膜組裝的單池(電流密度60mA/cm2)。

3、 我們制備的磺化聚芴醚酮(SPFEK)作為燃料電池質(zhì)子交換膜具有良好的熱穩(wěn)定性和質(zhì)子導(dǎo)電率，在本實(shí)驗(yàn)室得到放大，已經(jīng)批量生產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上與聚四氟乙烯薄膜(PTFE)復(fù)合，制備了SPFEK-PTFE復(fù)合膜，應(yīng)用到直接甲醇燃料電池中。該復(fù)合膜表現(xiàn)出優(yōu)異的抗水解和氧化穩(wěn)定性。在80℃Fenton試劑中，該復(fù)合膜的斷裂時(shí)間是215min，而相同條件下SPFEK膜的斷裂時(shí)間是138min。甲醇滲透測(cè)試表明，SPFEK-PTFE復(fù)合膜的滲透系數(shù)是

4、4.3×10-7cm2/s，遠(yuǎn)低于相同條件下的Nafion117膜(1.32×10-6cm2/s)和原始SPFEK膜(6.2×107cm2/s)。直接甲醇單電池測(cè)試也進(jìn)一步證實(shí)了該復(fù)合膜的優(yōu)良性能，是直接甲醇燃料電池質(zhì)子交換膜的一個(gè)有潛力的選擇。 在陽(yáng)極催化劑的研制方面，把Keggin型雜多鉬陽(yáng)離子PMo12(H3PMo12O40)，分別引入到PtRu和PtSn雙金屬合金催化劑體系中，并以多壁碳納米管(MWNTs)為載體，采用微

5、波合成方法，制備了Pt-Ru-PMo12-MWNTs系列和Pt-Sn-PMo12-MWNTs系列的電催化劑。對(duì)微波合成的反應(yīng)時(shí)間、微波功率、反應(yīng)溶液的pH值對(duì)制備的Pt-Ru-PMo12-MWNTs電催化劑性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)考察。PMo12的引入，在碳納米管和金屬顆粒的表面形成單層自組裝膜，防止了催化劑的團(tuán)聚，所得到催化劑的顆粒細(xì)小，分散均勻。制備得到的催化劑樣品，通過(guò)掃描電鏡表征其形貌和金屬顆粒的分布，通過(guò)電子能譜(EDS)大面積掃

6、描，可以半定量得到催化劑樣品中各元素的含量。應(yīng)用透射電鏡(TEM)技術(shù)，測(cè)試了催化劑樣品的微觀形貌和粒度分布，可以看到金屬粒子在碳納米管表面的分布情況。使用X-ray粉末衍射(XRD)技術(shù)測(cè)定了催化劑樣品的晶體結(jié)構(gòu)變化。使用X-ray光電子能譜(XPS)對(duì)金屬元素化合價(jià)態(tài)進(jìn)行了表征。采用程序升溫還原技術(shù)(TPR)，測(cè)定了催化劑樣品對(duì)氫氣的還原活性。所制備得到的催化劑樣品顆粒細(xì)小，分散均勻，采用循環(huán)伏安技術(shù)測(cè)試證明，在多次循環(huán)后仍具有很高