親-疏水復(fù)合孔結(jié)構(gòu)微孔層的制備及其性能研究.pdf

1、氣體微孔層的特性對質(zhì)子交換膜燃料電池的性能很重要，微孔層中的疏水劑和微孔的毛細作用使微孔層具有很好的疏水和排水性能，從而為電池反應(yīng)提供穩(wěn)定的氣體通道和水通道；而導(dǎo)電碳黑則使微孔層具有優(yōu)良的電子通道。筆者通過理論分析親/疏水復(fù)合孔結(jié)構(gòu)的原理以及液態(tài)水與親/疏水孔結(jié)構(gòu)的潤濕性，并以實驗論證之。然后以此為依據(jù)制備親/疏水復(fù)合結(jié)構(gòu)的微孔層，并分析此種結(jié)構(gòu)對電池?zé)o增濕操作的可行性。根據(jù)實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過對微孔層的優(yōu)化設(shè)計與改性，可以實現(xiàn)電池在無增

2、濕的條件下穩(wěn)定運行。在研究中： (1)利用硝酸溶液對炭黑XC-72進行酸處理，主要采取了兩種處理方式制備不同炭黑：①濃度一定，改變硝酸溶液對炭黑的處理時間；②時間一定，改變硝酸溶液的濃度。 (2)經(jīng)酸處理后的炭黑，表面C=O基團增多，含氧量增加。通過計算，炭黑表面的含氧量從原來的11.9％增加到33.0％，其親水性得到增加。BET測試結(jié)果表明經(jīng)過酸洗后的炭黑比面積獲得較大增加，微孔孔體積也獲得提高。 (3)采用傳

3、統(tǒng)制備方法，利用酸處理后的炭黑制備成微孔層。采用親水孔孔隙率測試計算，可以驗證采用酸處理后的炭黑制備的微孔層，較之原樣炭黑制備的微孔層而言，新制備的微孔層其內(nèi)部親水孔的比例增大。 (4)通過分析水在多孔介質(zhì)中的存在狀態(tài)以及液態(tài)或氣態(tài)水的排出與微孔層的親/疏水性、孔徑分布的密切關(guān)系，得出了通過在微孔層中形成親水孔和疏水孔并存的雙孔結(jié)構(gòu)，是很有可能實現(xiàn)電池的自增濕的。 (5)采用由這種新型膜電極制備的單電池能在無外增濕的條件