新型質(zhì)子傳導電解質(zhì)膜的制備及其性能研究.pdf

1、本研究工作制備了四種新型的質(zhì)子導電膜,包括:Nafion/磷硅玻璃質(zhì)子導電玻璃膜、離子液體/多孔SiO2質(zhì)子導電玻璃膜、PEI-PCFG/磷硅玻璃/PEI-PCFG超薄自支撐質(zhì)子導電膜和Nafion/磷硅玻璃/Nafion超薄自支撐質(zhì)子導電膜,并對它們的結(jié)構(gòu)和性能進行了表征。
　　 Nafion/磷硅玻璃質(zhì)子導電玻璃膜是一種以多孔磷硅玻璃為基體材料的新型質(zhì)子導電膜。通過原位溶膠.凝膠的方法將Nafion均勻分散到基體當中,形成具

2、有高質(zhì)子電導率的復合玻璃膜。本文表征了該復合膜的形貌、孔結(jié)構(gòu)、吸水性、質(zhì)子電導率等性能,并且將該膜做成膜電極,測試了單電池的性能。結(jié)果顯示,這種復合玻璃膜具有高質(zhì)了電導率,在充分加濕后可以達到0.1 Scm-1。在H2/O2燃料電池的測試中,單電池的開路電壓為0.94V,常溫條件下(25℃)其輸出功率為42.6mWcm-2。
　　 離子液體/多孔SiO2質(zhì)子導電玻璃膜是一種基于質(zhì)子型離子液體N,N-二乙基甲胺雙三氟甲基磺酰亞胺(

3、[dema][TfO])的質(zhì)子導電玻璃膜。通過一步法在SiO2溶膠中加入質(zhì)子型離子液體,凝膠后得到了離子液體參雜的SiO2玻璃膜。本文討論了Sol-Gel法制備[dema][TfO]/SiO2復合玻璃膜的工藝,并對其結(jié)構(gòu)和性能進行了表征。結(jié)果顯示,該膜在120℃～220℃無加濕的情況下獲得了10-2 Scm-1的高離子電導率。在H2/O2單電池測試中,通過60℃恒定的H2和O2供給和循環(huán)活化后開路電壓可達0.98V;在140℃無水加濕的

4、環(huán)境下獲得了2.8 mW cm-2的輸出功率密度。
　　 本文報道了超薄質(zhì)子導電膜的工作。通過有機/無機/有機多層結(jié)構(gòu)的復合,制備了PEI-PCFG/磷硅玻璃/PEI-PCFG(PPP)超薄自支撐質(zhì)子導電膜。制備的具有三明治結(jié)構(gòu)的質(zhì)子導電膜的厚度為500納米左右。其中,中間層是磷硅玻璃薄膜,主要起到減少燃料滲透的作用。磷硅玻璃層受到聚合物層(PEI-PCFG層)的支撐和保護。聚合物層由具有一定質(zhì)子傳導性能的聚合物材料組成,能為復

5、合膜提供質(zhì)子電導率和柔韌性。所制備的PPP復合膜的質(zhì)子電導率為10-5 Scm-1(70℃,90％相對濕度)。然而,由于該質(zhì)子導電膜的厚度僅為500nm,使得PPP膜在該條件下的面阻為4.5Ωcm2。
　　 為了進一步提高超薄質(zhì)子導電膜的質(zhì)子電導率,本文還制備了Nafion/磷硅玻璃/Nafion(NPN)超薄自支撐質(zhì).了導電膜。通過用Nafion替代PEI-PCFG并對磷硅玻璃層結(jié)構(gòu)的改進,制備的超薄質(zhì)子導電膜具有較高的質(zhì)子電