高溫質(zhì)子交換膜燃料電池（HT-PEMFC）因為其工作溫度高于100°C而具有對CO耐受性強和水熱管理簡單等優(yōu)點,成為目前的研究熱點。作為HT-PEMFC的“心臟”,膜電極（MEA）直接決定著HT-PEMFC性能的好壞。MEA主要由質(zhì)子交換膜（PEM）、催化層（CL）和氣體擴散層（GDL）三部分組成。本論文從PEM和GDL兩方面入手,制備出高性能的MEA以提高HT-PEMFC的功率密度水平。具體內(nèi)容以及獲得主要結(jié)果為:（1）采用原位合成的方法,通過在低聚倍半硅氧烷（POSS）的環(huán)氧端基上開環(huán)接枝合成聚2,5-苯并咪唑（ABPBI）分子鏈,制備出POSS為核、ABPBI為臂的ABPBI-POSS星型雜化高分子復(fù)合膜。相比于純ABPBI膜,復(fù)合膜的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在:1)星型雜化結(jié)構(gòu)的引入促使制備復(fù)合膜的聚合物本體粘度降低,從而提升了成膜性能;2)增大聚合物內(nèi)部自由空間以提高吸水吸酸性能,從而提高質(zhì)子傳導(dǎo)率。結(jié)果表明,ABPBI-1.0POSS復(fù)合膜兼具低粘度和高機械性能的優(yōu)點,制備的復(fù)合膜平整度高,并且其質(zhì)子傳導(dǎo)率在180°C未加濕時達到了0.022 S/cm。（2）通過電化學(xué)合成方法在碳紙表... 

【文章來源】：湖北工業(yè)大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

PEMFC工作原理

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文41.3膜電極1.3.1膜電極的結(jié)構(gòu)膜電極（MEA）作為PEMFC中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的核心場所，是整個燃料電池的“心臟”。如圖1.2所示，以常見的將催化層（CL）預(yù)先沉積在氣體擴散層（GDL）上的方法（CCG法）制備MEA為例，整個MEA類似于一個“五層”結(jié)構(gòu)。位于最中間的是質(zhì)子交換膜（PEM），也就是燃料電池的電解質(zhì)，用于傳導(dǎo)質(zhì)子和阻隔陰陽兩極的氣體；然后是質(zhì)子交換膜兩側(cè)的催化層，是PEMFC中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的地方；最后就是最外層的陰陽極GDL，用于提供電子、反應(yīng)原料與生成物的傳輸通道并支撐MEA。圖1.2MEA結(jié)構(gòu)示意圖Figure1.2ConstructionofMEA1.3.2質(zhì)子交換膜質(zhì)子交換膜在MEA中起傳導(dǎo)質(zhì)子、阻隔氣體和絕緣內(nèi)部電子的作用。圖1.3Nafion的質(zhì)子傳導(dǎo)機理Figure1.3ProtonconductionmechanismofNafion

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文41.3膜電極1.3.1膜電極的結(jié)構(gòu)膜電極（MEA）作為PEMFC中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的核心場所，是整個燃料電池的“心臟”。如圖1.2所示，以常見的將催化層（CL）預(yù)先沉積在氣體擴散層（GDL）上的方法（CCG法）制備MEA為例，整個MEA類似于一個“五層”結(jié)構(gòu)。位于最中間的是質(zhì)子交換膜（PEM），也就是燃料電池的電解質(zhì)，用于傳導(dǎo)質(zhì)子和阻隔陰陽兩極的氣體；然后是質(zhì)子交換膜兩側(cè)的催化層，是PEMFC中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的地方；最后就是最外層的陰陽極GDL，用于提供電子、反應(yīng)原料與生成物的傳輸通道并支撐MEA。圖1.2MEA結(jié)構(gòu)示意圖Figure1.2ConstructionofMEA1.3.2質(zhì)子交換膜質(zhì)子交換膜在MEA中起傳導(dǎo)質(zhì)子、阻隔氣體和絕緣內(nèi)部電子的作用。圖1.3Nafion的質(zhì)子傳導(dǎo)機理Figure1.3ProtonconductionmechanismofNafion

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Nanostructured ultrathin catalyst layer with ordered platinum nanotube arrays for polymer electrolyte membrane fuel cells[J]. Ruoyi Deng,Zhangxun Xia,Ruili Sun,Suli Wang,Gongquan Sun.  Journal of Energy Chemistry. 2020(04)
[2]磷酸摻雜聚苯并咪唑高溫膜燃料電池膜電極[J]. 姚東梅,張瑋琦,徐謙,徐麗,李華明,蘇華能.  化學(xué)進展. 2019(Z1)
[3]GDE和CCM技術(shù)制備氫氧PEMFC膜電極的性能對比[J]. 張澤,潘牧.  武漢理工大學(xué)學(xué)報. 2018(08)
[4]Poly（2,5-benzimidazole）/TriSilanolPhenyl POSS Composite Membranes for Intermediate Temperature PEM Fuel Cells[J]. 劉清亭,NI Na,SUN Quan,WU Xiaoxue,BAO Xujin,FAN Zhang,ZHANG Rong,HU Shengfei,Zhao Feng,LI Xiao.  Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2018(01)
[5]PEMFC雙極板流場結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀[J]. 肖寬,潘牧,詹志剛,吳凡.  電源技術(shù). 2018(01)
[6]燃料電池用磷酸摻雜高溫質(zhì)子交換膜研究進展[J]. 盧善富,徐鑫,張勁,相艷.  中國科學(xué):化學(xué). 2017(05)
[7]蛇形流場PEMFC性能影響因素的數(shù)值模擬[J]. 陳士忠,夏忠賢,王藝澄,張旭陽,吳玉厚.  電源技術(shù). 2017(02)
[8]有序化膜電極研究進展[J]. 蔣尚峰,衣寶廉.  電化學(xué). 2016(03)
[9]質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極的關(guān)鍵技術(shù)[J]. 王誠,趙波,張劍波.  科技導(dǎo)報. 2016(06)
[10]HT-PEM燃料電池組合流場的性能模擬[J]. 陳士忠,夏忠賢,張旭陽,吳玉厚.  可再生能源. 2015(08)

碩士論文
[1]離子液體摻雜ABPBI/環(huán)氧POSS星型雜化復(fù)合電解質(zhì)膜的性能研究[D]. 羅芳.湖北工業(yè)大學(xué) 2018
[2]高溫質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極制備工藝的研究[D]. 李微微.北京化工大學(xué) 2012



本文編號：3583556