用于高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的Nafion復(fù)合膜研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種高效環(huán)保的新型電源，有著廣泛的應(yīng)用前景。PEMFC在高溫（＞100?C）條件下運(yùn)行時，具有更快的電極反應(yīng)動力學(xué)、更高的CO耐受性以及更簡單的水熱管理，從而可以解決燃料電池在低溫運(yùn)行時遇到的諸多問題。然而，目前普遍采用的美國DuPont公司生產(chǎn)的Nafion膜的導(dǎo)電性能嚴(yán)重依賴膜內(nèi)水的含量，在高溫時該膜因失水而導(dǎo)電率迅速下降，不能滿足PEMFC高溫運(yùn)行的性能要求，因此研究開發(fā)能夠在高溫下仍具有優(yōu)異性能

2、的質(zhì)子交換膜勢在必行。質(zhì)子交換膜的水吸收率、微觀結(jié)構(gòu)等均會對膜的質(zhì)子導(dǎo)電率形成影響，通過調(diào)控膜的微觀結(jié)構(gòu)可以改善其質(zhì)子傳導(dǎo)性能?；贜afion膜具有良好的熱、化學(xué)穩(wěn)定性，本論文對其進(jìn)行磷酸化的TiO2納米管摻雜改性，期望通過膜微觀結(jié)構(gòu)的重新排布來提高 Nafion膜在高溫下的質(zhì)子傳導(dǎo)率，改善膜在高溫下的性能。
　　經(jīng)氨水處理后的磷酸化 TiO2納米管表面帶有更多的電荷，抑制了納米管之間的團(tuán)聚，從而制備出納米管均勻分散的Nafio

3、n/磷酸化TiO2納米管復(fù)合膜。磷酸化的TiO2納米管具有較大的比表面積和長徑比，在復(fù)合膜中起到調(diào)控膜微觀結(jié)構(gòu)的作用。通過 Nafion膜內(nèi)的磺酸基團(tuán)與納米管表面的磷酸基團(tuán)相互作用，膜內(nèi)的親水離子團(tuán)簇沿管表面分布形成連續(xù)的親水離子通道。測試結(jié)果表明：在磷酸化TiO2納米管的作用下，復(fù)合膜親水離子團(tuán)簇尺寸從純Nafion膜的3.65 nm增加到5 nm以上，且形成較長且連續(xù)的質(zhì)子傳輸通道，改善后的微觀結(jié)構(gòu)有效地促進(jìn)了質(zhì)子在膜內(nèi)的傳遞。

4、r>　　吸濕性的磷酸化TiO2納米管提高了Nafion復(fù)合膜的水吸收率，促進(jìn)膜內(nèi)形成傳輸質(zhì)子的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。納米管表面的磷酸基團(tuán)提供了額外的質(zhì)子，使含磷酸化TiO2納米管的復(fù)合膜的離子交換容量（IEC）從純Nafion膜的0.923 mmol·g-1最多增加至0.956 mmol·g-1，Nafion膜在高溫下的質(zhì)子導(dǎo)電率也明顯改善。實(shí)驗結(jié)果表明：在較高溫度和較高相對濕度（RH）下，復(fù)合膜具有更優(yōu)的質(zhì)子傳導(dǎo)性能。在100℃和100％RH條件