用于高温低湿度条件下的质子导体研究

论文摘要

质子交换膜（PEM）是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心部件。PEM的性能直接决定了PEMFC的运行状况。目前在PEMFC中,普遍采用的PEM为全氟磺酸型,以应用最为广泛的Nafion膜为例,由于依赖水进行传导质子,其操作温度为80℃。这样相对较低的工作温度会带来诸如：电导率低、水热管理困难、催化剂Pt的CO中毒等问题。发展在高温条件下使用的PEM可以解决上述难题,因此,研发高温非水合的PEM成为PEMFC领域的研究热点。本研究对纯磷酸中掺杂咪唑和吡啶的两种不同的体系的电导率分别进行探讨,以期得到能够在高温、低湿度条件下使用的,具有高质子传导率的质子导体体系。在纯磷酸中分别加入咪唑及吡啶组成混合体系,在无水条件下,混合体系的电导率较纯磷酸的电导率低。以二氧化锡（SnO2）、氧化铟（In2O3）和85%的磷酸为原料合成了SnP2O7和SnInP2O7,通过溶液浇铸法,将SnP2O7分别与磺化聚醚醚酮（SPEEK）和聚偏氟乙烯（PVDF）复合成膜。研究了SnP2O7及其复合膜SnP2O7/SPEEK与SnP2O7/PVDF在100-300℃无水条件下的电导率及室温和130℃的机械性能。在200℃且不加湿条件下,SnP2O7的最大电导率为0.058S／cm；在温度及SnP2O7含量相同的条件下,SnP2O7/PVDF的机械性能优于SnP2O7/SPEEK的机械性能。在130℃下,当SnP2O7的质量分数均为40%时,复合膜SnP2O7/PVDF的最大拉伸强度为14.95MPa,而复合膜SnP2O7/SPEEK（SD=51%）的最大拉伸强度则为6.36MPa。同时,研究测试了SnP2O7含量以及温度对复合膜SnP2O7/SPEEK和SnP2O7/PVDF的拉伸强度的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 燃料电池概述
• 1.3 质子交换膜燃料电池
• 1.3.1 质子交换膜燃料电池简述
• 1.3.2 质子交换膜燃料电池工作原理
• 1.4 质子交换膜
• 1.4.1 质子交换膜概述
• 1.4.2 质子交换膜分类
• 1.5 本课题意义
• 第二章 磷酸与咪唑、吡啶系列质子导体体系
• 2.1 实验仪器
• 2.2 实验试剂
• 2.3 纯磷酸中掺杂咪唑、吡啶电导率研究
• 2.3.1 纯磷酸的制备
• 2.3.2 电导率的研究
• 2.4 结果和讨论
• 2.4.1 磷酸掺杂咪唑系列质子导体体系
• 2.4.2 磷酸掺杂吡啶系列质子导体体系
• 2.5 本章小结
• 2O₇和SnInP₂O₇的制备及电导率的测定'>第三章 SnP₂O₇和SnInP₂O₇的制备及电导率的测定
• 3.1 实验仪器
• 3.2 试剂及实验材料
• 3.3 实验部分
• 2O₇和SnInP₂O₇的制备'>3.3.1 SnP₂O₇和SnInP₂O₇的制备
• 2O₇和SnInP₂O₇电导率的测定'>3.3.2 SnP₂O₇和SnInP₂O₇电导率的测定
• 3.3.3 红外谱图
• 3.4 结果与讨论
• 2O₇和SnInP₂O₇的红外分析'>3.4.1 SnP₂O₇和SnInP₂O₇的红外分析
• 2O₇和SnInP₂O₇电导率的测定'>3.4.2 SnP₂O₇和SnInP₂O₇电导率的测定
• 3.5 本章小结
• 2O₇复合膜的制备及表征'>第四章 SnP₂O₇复合膜的制备及表征
• 4.1 实验仪器
• 4.2 试剂及实验材料
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 聚醚醚酮（PEEK）的磺化
• 2O₇膜的制备'>4.3.2 掺杂SnP₂O₇膜的制备
• 4.3.3 膜的表征
• 4.4 结果和讨论
• 2O₇的含量对SPEEK膜电导率的影响'>4.4.1 SnP₂O₇的含量对SPEEK膜电导率的影响
• 2O₇的含量对PVDF膜电导率的影响'>4.4.2 SnP₂O₇的含量对PVDF膜电导率的影响
• 4.4.3 复合膜的机械性能
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢