質(zhì)子交換膜課件

1、質(zhì)子交換膜,班,1,PPT學(xué)習(xí)交流,質(zhì)子交換膜(ProtonExchangeMembraneFuel，PEM)是PEMFC的核心部件。PEMFC質(zhì)子交換膜燃料電池已成為汽油內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力最具競(jìng)爭(zhēng)力的潔凈取代動(dòng)力源。在燃料電池內(nèi)部，質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送提供通道，使得質(zhì)子經(jīng)過(guò)膜從陽(yáng)極到達(dá)陰極，與外電路的電子轉(zhuǎn)移構(gòu)成回路，向外界提供電流，因此質(zhì)子交換膜的性能對(duì)燃料電池的性能起著非常重要的作用，它的好壞直接影響電池的使用壽命。,新能源：質(zhì)子交換膜的應(yīng)用,2,PPT學(xué)習(xí)交流,現(xiàn)在在世界上擁有的PEM大致有： 全氟磺酸型質(zhì)子交換膜;nafion重鑄膜;非氟聚合物質(zhì)子交換膜;新型復(fù)合質(zhì)子交換膜等等,但迄

2、今最常用的質(zhì)子交換膜(PEMFC)仍然是美國(guó)杜邦公司的Nafion膜（全氟磺酸型質(zhì)子交換膜）。,全氟磺酸質(zhì)子交換膜是一種固體聚合物電解質(zhì)，具有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好、電壓降低、電導(dǎo)率高、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，可在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑介質(zhì)和高溫等苛刻條件下使用。,接下來(lái)將詳細(xì)講述全氟磺酸質(zhì)子交換膜,3,PPT學(xué)習(xí)交流,全氟磺酸型質(zhì)子交換膜,1962年美國(guó)Dupont公司研制成功全氟磺酸型質(zhì)子交換膜，1966年首次用于氫氧燃料電池，為研制長(zhǎng)壽命、高比功率的PEMFC打下了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。,制備全氟磺酸型質(zhì)子交換膜，首先用聚四氟乙烯作原料合成全氟磺酰氟烯醚單體。該單體再與聚四氟乙烯聚合制備全氟磺酰氟樹(shù)脂

3、，最后用該樹(shù)脂制膜。,制備過(guò)程：,上述高分子材料化學(xué)式,4,PPT學(xué)習(xí)交流,質(zhì)子膜中水與氫離子傳導(dǎo)機(jī)理的結(jié)構(gòu)示意圖如下：,5,PPT學(xué)習(xí)交流,除了杜邦公司的Nafion膜以外，其他一些公司也開(kāi)發(fā)了類(lèi)似的產(chǎn)品，如美國(guó)Dow化學(xué)公司的Dow膜、日本Asahi Chemical公司的Aciplex膜和Asahi Glass公司的Flemion膜。,不同的全氟磺酸型質(zhì)子交換膜,下表羅列了幾種不同質(zhì)子膜的膜厚度、交換容量和含水率,6,PPT學(xué)習(xí)交流,下圖為Nafion117的電導(dǎo)率與水含量的關(guān)系,全氟磺酸膜具有力學(xué)強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，質(zhì)子電導(dǎo)率大(水含量大時(shí))等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也有其局限性。這類(lèi)膜的離子電

4、導(dǎo)強(qiáng)烈地依賴(lài)于水含量，在水含量較低或溫度較高，特別是溫度高于100時(shí)，電導(dǎo)率明顯下降。,電導(dǎo)率與水含量,7,PPT學(xué)習(xí)交流,下圖為膜的水含量與溫度的關(guān)系：,水含量與溫度,8,PPT學(xué)習(xí)交流,膜電極三合一(MEA)組件的制備,(1) 進(jìn)行膜的預(yù)處理。預(yù)處理目的是清除質(zhì)子交換膜上的有機(jī)和無(wú)機(jī)雜質(zhì)。首先將質(zhì)子交換膜在3%-5%過(guò)氧化氫水溶液中于80進(jìn)行處理，除掉有機(jī)雜質(zhì)，取出后用去離子水洗滌再在稀硫酸溶液中80處理，除去無(wú)機(jī)金屬離子，取出后用去離子水洗凈后，置于去離子水中備用。 (2) 將制備好的多空氣體擴(kuò)散型氫氧電極浸入或噴上全氟磺酸樹(shù)脂溶液，一般控制全氟磺酸樹(shù)脂的擔(dān)載量為0.6-1.2mg/cm ，在60-80下烘干。 (3) 在質(zhì)子交換膜兩面放好氫、氧多孔氣體擴(kuò)散電極，置于兩塊不銹鋼平板中間，放入熱壓機(jī)中。 (4