高温质子交换膜燃料电池用新型质子膜和气体扩散层构筑及性能研究
发布时间：2022-01-11 22:26
高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）因为其工作温度高于100°C而具有对CO耐受性强和水热管理简单等优点,成为目前的研究热点。作为HT-PEMFC的“心脏”,膜电极（MEA）直接决定着HT-PEMFC性能的好坏。MEA主要由质子交换膜（PEM）、催化层（CL）和气体扩散层（GDL）三部分组成。本论文从PEM和GDL两方面入手,制备出高性能的MEA以提高HT-PEMFC的功率密度水平。具体内容以及获得主要结果为:（1）采用原位合成的方法,通过在低聚倍半硅氧烷（POSS）的环氧端基上开环接枝合成聚2,5-苯并咪唑（ABPBI）分子链,制备出POSS为核、ABPBI为臂的ABPBI-POSS星型杂化高分子复合膜。相比于纯ABPBI膜,复合膜的优势主要体现在:1)星型杂化结构的引入促使制备复合膜的聚合物本体粘度降低,从而提升了成膜性能;2)增大聚合物内部自由空间以提高吸水吸酸性能,从而提高质子传导率。结果表明,ABPBI-1.0POSS复合膜兼具低粘度和高机械性能的优点,制备的复合膜平整度高,并且其质子传导率在180°C未加湿时达到了0.022 S/cm。（2）通过电化学合成方法在碳纸表...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PEMFC工作原理
湖北工业大学硕士学位论文41.3膜电极1.3.1膜电极的结构膜电极（MEA）作为PEMFC中发生电化学反应的核心场所，是整个燃料电池的“心脏”。如图1.2所示，以常见的将催化层（CL）预先沉积在气体扩散层（GDL）上的方法（CCG法）制备MEA为例，整个MEA类似于一个“五层”结构。位于最中间的是质子交换膜（PEM），也就是燃料电池的电解质，用于传导质子和阻隔阴阳两极的气体；然后是质子交换膜两侧的催化层，是PEMFC中发生电化学反应的地方；最后就是最外层的阴阳极GDL，用于提供电子、反应原料与生成物的传输通道并支撑MEA。图1.2MEA结构示意图Figure1.2ConstructionofMEA1.3.2质子交换膜质子交换膜在MEA中起传导质子、阻隔气体和绝缘内部电子的作用。图1.3Nafion的质子传导机理Figure1.3ProtonconductionmechanismofNafion
湖北工业大学硕士学位论文41.3膜电极1.3.1膜电极的结构膜电极（MEA）作为PEMFC中发生电化学反应的核心场所，是整个燃料电池的“心脏”。如图1.2所示，以常见的将催化层（CL）预先沉积在气体扩散层（GDL）上的方法（CCG法）制备MEA为例，整个MEA类似于一个“五层”结构。位于最中间的是质子交换膜（PEM），也就是燃料电池的电解质，用于传导质子和阻隔阴阳两极的气体；然后是质子交换膜两侧的催化层，是PEMFC中发生电化学反应的地方；最后就是最外层的阴阳极GDL，用于提供电子、反应原料与生成物的传输通道并支撑MEA。图1.2MEA结构示意图Figure1.2ConstructionofMEA1.3.2质子交换膜质子交换膜在MEA中起传导质子、阻隔气体和绝缘内部电子的作用。图1.3Nafion的质子传导机理Figure1.3ProtonconductionmechanismofNafion
【参考文献】：
期刊论文
[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]磷酸掺杂聚苯并咪唑高温膜燃料电池膜电极[J]. 姚东梅,张玮琦,徐谦,徐丽,李华明,苏华能. 化学进展. 2019(Z1)
[3]GDE和CCM技术制备氢氧PEMFC膜电极的性能对比[J]. 张泽,潘牧. 武汉理工大学学报. 2018(08)
[4]Poly（2,5-benzimidazole）/TriSilanolPhenyl POSS Composite Membranes for Intermediate Temperature PEM Fuel Cells[J]. 刘清亭,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双极板流场结构研究现状[J]. 肖宽,潘牧,詹志刚,吴凡. 电源技术. 2018(01)
[6]燃料电池用磷酸掺杂高温质子交换膜研究进展[J]. 卢善富,徐鑫,张劲,相艳. 中国科学:化学. 2017(05)
[7]蛇形流场PEMFC性能影响因素的数值模拟[J]. 陈士忠,夏忠贤,王艺澄,张旭阳,吴玉厚. 电源技术. 2017(02)
[8]有序化膜电极研究进展[J]. 蒋尚峰,衣宝廉. 电化学. 2016(03)
[9]质子交换膜燃料电池膜电极的关键技术[J]. 王诚,赵波,张剑波. 科技导报. 2016(06)
[10]HT-PEM燃料电池组合流场的性能模拟[J]. 陈士忠,夏忠贤,张旭阳,吴玉厚. 可再生能源. 2015(08)
硕士论文
[1]离子液体掺杂ABPBI/环氧POSS星型杂化复合电解质膜的性能研究[D]. 罗芳.湖北工业大学 2018
[2]高温质子交换膜燃料电池膜电极制备工艺的研究[D]. 李微微.北京化工大学 2012
本文编号：3583556
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PEMFC工作原理
湖北工业大学硕士学位论文41.3膜电极1.3.1膜电极的结构膜电极（MEA）作为PEMFC中发生电化学反应的核心场所，是整个燃料电池的“心脏”。如图1.2所示，以常见的将催化层（CL）预先沉积在气体扩散层（GDL）上的方法（CCG法）制备MEA为例，整个MEA类似于一个“五层”结构。位于最中间的是质子交换膜（PEM），也就是燃料电池的电解质，用于传导质子和阻隔阴阳两极的气体；然后是质子交换膜两侧的催化层，是PEMFC中发生电化学反应的地方；最后就是最外层的阴阳极GDL，用于提供电子、反应原料与生成物的传输通道并支撑MEA。图1.2MEA结构示意图Figure1.2ConstructionofMEA1.3.2质子交换膜质子交换膜在MEA中起传导质子、阻隔气体和绝缘内部电子的作用。图1.3Nafion的质子传导机理Figure1.3ProtonconductionmechanismofNafion
湖北工业大学硕士学位论文41.3膜电极1.3.1膜电极的结构膜电极（MEA）作为PEMFC中发生电化学反应的核心场所，是整个燃料电池的“心脏”。如图1.2所示，以常见的将催化层（CL）预先沉积在气体扩散层（GDL）上的方法（CCG法）制备MEA为例，整个MEA类似于一个“五层”结构。位于最中间的是质子交换膜（PEM），也就是燃料电池的电解质，用于传导质子和阻隔阴阳两极的气体；然后是质子交换膜两侧的催化层，是PEMFC中发生电化学反应的地方；最后就是最外层的阴阳极GDL，用于提供电子、反应原料与生成物的传输通道并支撑MEA。图1.2MEA结构示意图Figure1.2ConstructionofMEA1.3.2质子交换膜质子交换膜在MEA中起传导质子、阻隔气体和绝缘内部电子的作用。图1.3Nafion的质子传导机理Figure1.3ProtonconductionmechanismofNafion
【参考文献】：
期刊论文
[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]磷酸掺杂聚苯并咪唑高温膜燃料电池膜电极[J]. 姚东梅,张玮琦,徐谦,徐丽,李华明,苏华能. 化学进展. 2019(Z1)
[3]GDE和CCM技术制备氢氧PEMFC膜电极的性能对比[J]. 张泽,潘牧. 武汉理工大学学报. 2018(08)
[4]Poly（2,5-benzimidazole）/TriSilanolPhenyl POSS Composite Membranes for Intermediate Temperature PEM Fuel Cells[J]. 刘清亭,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双极板流场结构研究现状[J]. 肖宽,潘牧,詹志刚,吴凡. 电源技术. 2018(01)
[6]燃料电池用磷酸掺杂高温质子交换膜研究进展[J]. 卢善富,徐鑫,张劲,相艳. 中国科学:化学. 2017(05)
[7]蛇形流场PEMFC性能影响因素的数值模拟[J]. 陈士忠,夏忠贤,王艺澄,张旭阳,吴玉厚. 电源技术. 2017(02)
[8]有序化膜电极研究进展[J]. 蒋尚峰,衣宝廉. 电化学. 2016(03)
[9]质子交换膜燃料电池膜电极的关键技术[J]. 王诚,赵波,张剑波. 科技导报. 2016(06)
[10]HT-PEM燃料电池组合流场的性能模拟[J]. 陈士忠,夏忠贤,张旭阳,吴玉厚. 可再生能源. 2015(08)
硕士论文
[1]离子液体掺杂ABPBI/环氧POSS星型杂化复合电解质膜的性能研究[D]. 罗芳.湖北工业大学 2018
[2]高温质子交换膜燃料电池膜电极制备工艺的研究[D]. 李微微.北京化工大学 2012
本文编号：3583556
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