質(zhì)子交換膜燃料電池膜電極材料及結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）因其清潔、高效、啟動(dòng)快等特點(diǎn)，在便攜式電器、分布式電站和電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，膜電極成本及性能制約了質(zhì)子交換膜燃料電池的商業(yè)推廣。本文從膜電極材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，以期降低膜電極的成本，同時(shí)通過(guò)強(qiáng)化膜電極的傳質(zhì)過(guò)程提高電池的性能。
　　通過(guò)簡(jiǎn)單浸泡，在膜表面形成梯度交聯(lián)結(jié)構(gòu)，制備了高磺化度（~80％）、高尺寸穩(wěn)定性以及高機(jī)械強(qiáng)度的改性磺化聚醚醚酮（SPEEK）膜。改性操作簡(jiǎn)便，將S

2、PEEK膜依次在NaBH4和H2SO4溶液中浸泡，即可得到改性SPEEK膜。改性 SPEEK膜在80℃時(shí)的導(dǎo)電率可達(dá)0.11S·cm-1，溶脹度僅為38.6%。未改性SPEEK膜在30℃時(shí)溶脹度為31%，高于30℃時(shí)發(fā)生溶解。改性后，膜的機(jī)械強(qiáng)度由15.1MP提高到46.6MPa。通過(guò)1H-NMR和ATF-TIR表征，發(fā)現(xiàn)NaBH4將SPEEK主鏈上的羰基還原為羥基，H2SO4則使羥基與磺酸根發(fā)生酯化交聯(lián)。
　　結(jié)合實(shí)驗(yàn)表征和分子

3、模擬計(jì)算，系統(tǒng)研究了在芘基化合物/乙二醇-水溶液中制備高性能石墨烯納米片載鉑催化劑（Pt/GNPs）的過(guò)程。結(jié)果顯示，1.芘甲酸（或氨基芘）既可吸附在GNPs表面，又容易在GNPs表面滑動(dòng)。這使芘甲酸（或氨基芘）在超聲條件下能夠插層、剝離GNPs，得到較薄GNPs（甚至石墨烯）。2.芘甲酸（或氨基芘）能夠鍵合到Pt顆粒表面，作為“阻隔分子”，避免Pt顆粒之間的團(tuán)聚。3.芘甲酸（或氨基芘）使Pt顆粒生長(zhǎng)以?shī)W斯瓦爾德熟化為主，最終得到尺寸均

4、勻的Pt納米顆粒。4.Pt納米顆粒在芘甲酸（或氨基芘）作用下，均勻負(fù)載到GNPs表面。
　　首次采用接電負(fù)載的方法直接將Pt/GNPs負(fù)載到HCP120碳紙表面，制備了取向結(jié)構(gòu)催化層。取向結(jié)構(gòu)縮短了電極內(nèi)的傳質(zhì)路徑，同時(shí)提高了 Pt的利用率（最高達(dá)97%）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，負(fù)載到擴(kuò)散層上的取向結(jié)構(gòu)，是依靠Pt/GNPs彼此間的相互“搭接”穩(wěn)定存在。以0.001mg·mL-1的Pt/GNPs四氯化碳分散液，在8V·cm-1、10Hz的