论文部分内容阅读
高温下运行的燃料电池因可以提高催化剂的CO耐受性、电化学反应动力学速率和简化水热管理等特点,已经成为燃料电池研究开发的主要热点之一。然而,目前普遍使用的全氟磺酸树脂膜材料因依赖水传导质子,且在高温、低湿度环境下的质子传导率低等问题,严重影响了电池的性能。因此,研究开发出在高温、低湿度环境下,具有高的质子传导率和高的热稳定性的质子交换膜材料仍然是现阶段燃料电池发展面临的技术挑战之一。本文采用静电自组装法制备各种不同结构的介孔二氧化硅材料,并对它们进行磺化表面改性,以提高介孔二氧化硅电解质在高温下的质子传导率,满足质子交换膜燃料电池在高温下运行的要求。另外,文中还对磺化介孔二氧化硅电解质的阻醇性能进行研究。通过研究得到以下主要结论：(1)采用静电自组装法制备的介孔二氧化硅材料具有长程有序的周期性介孔结构和比较窄的孔径分布,通过对介孔二氧化硅材料进行热分析发现,其具有良好的热稳定性。(2)对介孔二氧化硅材料进行磺化改性后发现,小角XRD和TEM分析结果显示,介孔二氧化硅仍然保持了长程有序的结构,同时孔径减小、孔道均一。长程有序的孔道结构有利于形成质子传输通道,以提高质子传导率。交流阻抗谱分析显示,在温度达到200℃时,磺化介孔二氧化硅电解质的电导率达到了0.18S/cm-0.27S/cm。(3)对磺化介孔二氧化硅电解质的阻醇性能分析表明,在高温时,由于甲醇发生相转变使得磺化氧化硅电解质的燃料渗透很低。在温度为120℃-200℃时,甲醇渗透极限电流密度急剧地下降到0.1mA/cm2-0.5 mA/cm2,其对应的相对选择系数为66.02-91.74。磺化介孔二氧化硅电解质在高温下具有高的质子传导率和低的甲醇渗透,表明其作为高温电解质膜应用于直接甲醇燃料电池具有很好地应用前景。