本文關鍵詞：高溫質子交換膜燃料電池膜電極制備工藝的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高溫質子交換膜燃料電池（PEMFC）工作溫度為100-200℃，相對于低溫燃料電池（通常低于80℃）的PEMFC有更快的化學反應動力學；能改善和簡化水管理系統(tǒng)；更高效的熱管理和改善了環(huán)境耐受性，這些優(yōu)點使得高溫PEMFC被認為是下一代燃料電池的有力競爭者。高溫條件下磷酸摻雜的聚苯并咪唑類聚合物膜能使電池很好的運行，這類聚合物膜是研究的較多，較成熟的高溫膜。這其中聚（2,5-苯并咪唑）（AB-PBI）是一種結構簡單，合成方便的PBI，以結構的特殊性使其呈現了較好的質子電導率。本研究所采用質子交換膜均為AB-PBI。膜電極（MEA）是燃料電池的重要組件，是電化學反應的重要場所，也是研究燃料電池的首要研究對象。 本文從燃料電池運行過程中所產生的極化入手，，考察了粘結劑的分子量，造孔劑，陰陽極催化劑擔載量，陰陽極粘結劑的比例等因素對膜電極性能的影響，并初步考察了用催化劑涂覆膜（CCM）法制備膜電極。主要內容如下： （1）針對活化極化，采用了改變催化劑中的粘結劑AB-PBI分子量的方法。實驗用自制AB-PBI膜作為電解質，制備了不同分子量AB-PBI的催化劑漿料。通過極化曲線測試可以宏觀上得出聚合物分子量越小，MEA性能越好。進一步對膜電極交流阻抗性質進行了研究，并經Zsimpwin軟件擬合，得出在分子量為2.31×10~5時，電池性能最好。降低活化極化還采用了添加造孔劑的方法.在選用的三種造孔劑中，硝酸鈉的造孔性能最好，其次是草酸銨，最差的是硫酸銨。 （2）針對歐姆極化，采用了CCM方法。從理論上講，用CCM法制備的膜電極接觸電阻顯著降低，性能會有所提過，而實驗發(fā)現用AB-PBI做質子交換膜的高溫燃料電池性能并沒有顯著提高，具體原因需進一步驗證。 （3）實驗還優(yōu)化了質子交換膜的制備工藝，得出MEA制備的最佳工藝條件為：陽極催化劑擔載量為1mg/m~2；陰極催化劑擔載量為2mg/m~2；陽極聚合物的比例為5wt.%；陰極聚合物的比例為15wt.%。
【關鍵詞】：質子交換膜 燃料電池 膜電極 聚（2 5-苯并咪唑） 造孔劑 CCM
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-37
• 1.1 前言15
• 1.2 燃料電池簡介15-18
• 1.2.1 燃料電池研究背景及歷史15-16
• 1.2.2 燃料電池分類16-18
• 1.3 質子交換膜燃料電池（PEMFC）18-23
• 1.3.1 質子交換膜燃料電池結構和工作原理19-20
• 1.3.2 質子交換膜燃料電池發(fā)展現狀20-23
• 1.3.4 高溫質子交換膜燃料電池23
• 1.4 膜電極23-34
• 1.4.1 膜電極的結構24-30
• 1.4.2 膜電極反應30-31
• 1.4.3 膜電極的極化31-34
• 1.5 本論文的設計思想34-37
• 1.5.1 本課題的目的和意義34-35
• 1.5.2 本課題的研究內容35-37
• 第二章 AB-PBI膜的制備37-43
• 2.1 引言37
• 2.2 實驗部分37-40
• 2.2.0 實驗藥品與儀器37-38
• 2.2.1 單體的重結晶38
• 2.2.2 AB-PBI的制備38-39
• 2.2.3 AB-PBI膜的制備和攙酸39
• 2.2.4 傅里葉變換紅外光譜（FT-TR）39
• 2.2.5 攙酸量的計算39
• 2.2.6 質子電導率測試39-40
• 2.3 結果與討論40-42
• 2.3.1 AB-PBI的紅外光譜分析40
• 2.3.2 攙酸量的計算40-41
• 2.3.3 質子傳導率測試41-42
• 2.4 本章小結42-43
• 第三章 AB-PBI分子量對電池性能影響43-51
• 3.1 引言43
• 3.2 實驗部分43-46
• 3.2.1 實驗藥品與儀器43
• 3.2.2 AB-PBI的合成及溶液的配制43-44
• 3.2.3 氣體擴散電極的制備44
• 3.2.4 單電池的組裝44
• 3.2.5 粘度的測定44-45
• 3.2.6 極化曲線測試45
• 3.2.7 交流阻抗測試45-46
• 3.3 結果與討論46-49
• 3.3.1 粘度的測定46
• 3.3.2 極化曲線測試46-47
• 3.3.3 交流阻抗測試47-49
• 3.4 本章小結49-51
• 第四章 膜電極制備工藝優(yōu)化51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 實驗部分51-53
• 4.2.1 實驗藥品51
• 4.2.2 膜電極的制備與但電池的組裝51-52
• 4.2.3 正交實驗52-53
• 4.2.4 電化學測試和電極表面表征53
• 4.3 結果與討論53-61
• 4.3.1 造孔劑對電極性能的影響53-57
• 4.3.2 CCM法對膜電極性能影響的初步研究57-59
• 4.3.3 膜電極制備工藝優(yōu)化59-61
• 4.4 本章小結61-63
• 第五章 結論與展望63-65
• 5.1 結論63
• 5.2 展望63-65
• 參考文獻65-69
• 致謝69-71
• 研究成果及發(fā)表的論文71-73
• 作者和導師簡介73-74
• 碩士研究生學位論文答辯委員會決議書74-75

【引證文獻】

中國碩士學位論文全文數據庫 前1條

1 徐燕燕;新型聚苯并咪唑類質子交換膜的制備與性能研究[D];北京化工大學;2013年

  本文關鍵詞：高溫質子交換膜燃料電池膜電極制備工藝的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：355593