质子交换膜的亲疏水性研究
发布时间：2021-11-17 12:16
质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）作为一种新型的、能直接将燃料中存储的化学能转化为电能的发电装置,具有能量转换效率高、对环境友好、排放少、能有效适应低温冷启动等优点,广泛应用于新能源汽车、备用电源和分布式发电站等各种领域,近年来越来越受到各国专家和学者的关注。质子交换膜（PEM）作为PEMFC中的关键组件,在整个燃料电池的水管理中处于极为重要的位置。但是PEM表面与水结合特性的研究还鲜有报导,特别是低EW值对PEM表面亲疏水性的影响以及膜电极制备过程中热处理温度对PEM表面亲疏水性的影响均是值得关注的重要课题。本文主要研究了不同湿度下不同EW值PEM表面的亲疏水性变化,并进一步研究了Nafion211膜在不同温度下热处理后表面亲疏水性的变化,为不同EW值膜在不同湿度下应用及膜电极制备过程中温度控制提供参考。主要结论如下:1.设计了准确控制湿度的装置及方法。确定了氯化锂溶液控制湿度法的可行性,通过计算得出不同浓度氯化锂溶液表面蒸汽压的数值,最终确定湿度控制范围为19.6%86.7%。为了确保计算的准...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃料电池的发展历史简图
按照燃料电池工作温度的不同则又可以分为高温和低温两种，其中 AFC 工作温度为 100 ℃、PEFMC 为 100 ℃以内、PAFC 工作温度为 200 ℃，这三种被称为低温燃料电池；MCFC 工作温度为 650 ℃、SOFC 为 1000 ℃，这两种被成为高温燃料电池，一般来说，高温燃料电池需要较高温度的工作环境，其启动时间比较长，不适用与汽车及便携式电源等方面的应用。但其工作状态稳定，能够持续不断地提供稳定电流，适合用于固定式发电站，其排放的废气废水污染小，所以高温燃料电池又被称为面向高质量排气而联合开发的燃料电池。图 1.2 和表1.1 总结了各种燃料电池不同分类的区别。
图 1.3 质子交换膜燃料电池的工作原理示意图质子交换膜燃料电池由于其独特的材料和结构特点（使用质子膜作为电解质，将铂沉积在树脂中作催化剂，存在气和水的流场双极板），相比于其他类型的燃料电池势必会有一定的优点与缺陷，图 1.4 对 PEMFC 的优缺点进行了总结和分析。从图 1.4 中我们可以看出，PEMFC 的优点主要在于以下几个方面：（1）设计上更为简单，可装配性强；（2）PEMFC 属于低温燃料电池，其实际的工作温度相对较低，在安装、拆卸、操作等方面更加便捷；（3）质子交换膜本身经过几代版本的改良和更新，其稳定性良好；（4）PEMFC 可以直接利用空气，来源广泛而使用方便；（5）不同与磷酸型燃料电池，PEMFC 使用的是固体的电解质，免去了需要再供给的麻烦；（6）PEMFC 能在低压下工作，且能够适应低温冷启动；（7）PEMFC 的反应气体可以随需求自由选择，易于控制；（8）其工作情况稳定，能持续输出较高功率的电流。而其缺点则主要包括以下几个方面：（1）对氢气要求较高，质子交换膜燃料电池使用的催化剂一般是铂，如果氢气中含有杂
【参考文献】：
期刊论文
[1]治霾新途径:能源结构调整与发展清洁能源[J]. 陈东. 生态经济. 2014(06)
[2]燃料电池全氟磺酸质子交换膜研究进展[J]. 张永明,唐军柯,袁望章. 膜科学与技术. 2011(03)
[3]氯化锂溶液表面蒸汽压的理论及实验研究[J]. 耿宏飞,李为,刘继平. 工程热物理学报. 2011(01)
[4]两种液体吸湿剂的除湿性能比较[J]. 易晓勤,刘晓华. 中国科技论文在线. 2009(07)
[5]可再生能源——氢能的发展与化石能源的替代[J]. 余亚东,毛宗强. 科学对社会的影响. 2009(02)
[6]两种常用液体吸湿剂传质性能的比较[J]. 刘晓华,易晓勤,江亿. 化工学报. 2009(03)
[7]基体亲水ePTFE的复合质子交换膜[J]. 祝捷,唐浩林,潘牧,刘珊珊. 电池. 2008(03)
[8]除湿溶液蒸汽压的研究[J]. 孙健,宫小龙,施明恒. 制冷学报. 2004(01)
[9]不同EW值的sPTFS/PTFE复合膜性能研究[J]. 付永柱,邢丹敏,衣宝廉,张华民. 电化学. 2004(01)
[10]Nafion膜表面亲水性研究[J]. 祖延兵,查全性. 电化学. 1997(01)
本文编号：3500893
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃料电池的发展历史简图
按照燃料电池工作温度的不同则又可以分为高温和低温两种，其中 AFC 工作温度为 100 ℃、PEFMC 为 100 ℃以内、PAFC 工作温度为 200 ℃，这三种被称为低温燃料电池；MCFC 工作温度为 650 ℃、SOFC 为 1000 ℃，这两种被成为高温燃料电池，一般来说，高温燃料电池需要较高温度的工作环境，其启动时间比较长，不适用与汽车及便携式电源等方面的应用。但其工作状态稳定，能够持续不断地提供稳定电流，适合用于固定式发电站，其排放的废气废水污染小，所以高温燃料电池又被称为面向高质量排气而联合开发的燃料电池。图 1.2 和表1.1 总结了各种燃料电池不同分类的区别。
图 1.3 质子交换膜燃料电池的工作原理示意图质子交换膜燃料电池由于其独特的材料和结构特点（使用质子膜作为电解质，将铂沉积在树脂中作催化剂，存在气和水的流场双极板），相比于其他类型的燃料电池势必会有一定的优点与缺陷，图 1.4 对 PEMFC 的优缺点进行了总结和分析。从图 1.4 中我们可以看出，PEMFC 的优点主要在于以下几个方面：（1）设计上更为简单，可装配性强；（2）PEMFC 属于低温燃料电池，其实际的工作温度相对较低，在安装、拆卸、操作等方面更加便捷；（3）质子交换膜本身经过几代版本的改良和更新，其稳定性良好；（4）PEMFC 可以直接利用空气，来源广泛而使用方便；（5）不同与磷酸型燃料电池，PEMFC 使用的是固体的电解质，免去了需要再供给的麻烦；（6）PEMFC 能在低压下工作，且能够适应低温冷启动；（7）PEMFC 的反应气体可以随需求自由选择，易于控制；（8）其工作情况稳定，能持续输出较高功率的电流。而其缺点则主要包括以下几个方面：（1）对氢气要求较高，质子交换膜燃料电池使用的催化剂一般是铂，如果氢气中含有杂
【参考文献】：
期刊论文
[1]治霾新途径:能源结构调整与发展清洁能源[J]. 陈东. 生态经济. 2014(06)
[2]燃料电池全氟磺酸质子交换膜研究进展[J]. 张永明,唐军柯,袁望章. 膜科学与技术. 2011(03)
[3]氯化锂溶液表面蒸汽压的理论及实验研究[J]. 耿宏飞,李为,刘继平. 工程热物理学报. 2011(01)
[4]两种液体吸湿剂的除湿性能比较[J]. 易晓勤,刘晓华. 中国科技论文在线. 2009(07)
[5]可再生能源——氢能的发展与化石能源的替代[J]. 余亚东,毛宗强. 科学对社会的影响. 2009(02)
[6]两种常用液体吸湿剂传质性能的比较[J]. 刘晓华,易晓勤,江亿. 化工学报. 2009(03)
[7]基体亲水ePTFE的复合质子交换膜[J]. 祝捷,唐浩林,潘牧,刘珊珊. 电池. 2008(03)
[8]除湿溶液蒸汽压的研究[J]. 孙健,宫小龙,施明恒. 制冷学报. 2004(01)
[9]不同EW值的sPTFS/PTFE复合膜性能研究[J]. 付永柱,邢丹敏,衣宝廉,张华民. 电化学. 2004(01)
[10]Nafion膜表面亲水性研究[J]. 祖延兵,查全性. 电化学. 1997(01)
本文编号：3500893
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