论文部分内容阅读
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高能量密度、运行温度低和稳定性能好等优点,在航天领域、潜艇、电动车等领域有广泛的应用前景。为使PEMFC能够早日实现商品化生产,各国科研工作者正在致力于相关材料的研究,力图降低PEMFC成本,提高PEMFC的性能。本文的研究内容主要有两个方面:(1)CCM(catalyst coated membrane)方法制备膜电极工艺的研究;(2)溶胀法制备Nafion/ TiO2复合膜的工艺以及对其性能的研究。本文研究了CCM方法制备膜电极的工艺,确定了催化剂层最佳Nafion载量范围;制备了阴极为双层,其中Nafion载量不同的催化剂层,结果表明其性能要优于单层;在质子交换膜以及催化剂层之间加入Nafion层可提高PEMFC性能。本文研究了催化剂层不同有机溶剂、溶剂使用量以及挥发速度的影响。对MEA的阴极进行了研究,主要研究了Pt载量、Pt担量以及水热处理后的影响。本文研究了溶胀法制备Nafion/ TiO2复合膜的工艺,确定选择钛酸丁酯、异丙醇作为起始原料;确定了溶胶凝胶反应的发生的两个必要条件,充足的水以及外界给予的能量,所以反应条件选择水浴加热;后处理中采用真空干燥,则是使TiO2由非晶态向晶态转变以及促进其网络的形成的。通过XRD,ESEM对复合膜进行物理化学性能的测试,实验结果表明,掺杂在Nafion膜内的TiO2为锐钛矿晶型。Nafion/ TiO2复合膜的性能主要与TiO2的荷载量有关,而TiO2的荷载量主要与浸泡液中钛酸丁酯的浓度有关。本文研究了钛酸丁酯的浓度对复合膜性能的影响,并确定了复合膜制备的最佳浓度范围。在此基础上研究了Nafion1135/ TiO2复合膜的自增湿性能,通过评价复合膜与Nafion膜制备的膜电极在不增湿操作条件下的性能,结果表明,复合膜制备的膜电极在不增湿操作条件下的性能要优于Nafion膜制备的膜电极在外增湿条件操作下的性能;同时还研究了电池温度对复合膜制备的膜电极性能的影响,结果表明,在一定范围内,随着电池温度的升高,复合膜制备的膜电极的性能得到提高。由此证实了Nafion膜内的TiO2对于膜内水平衡的调节作用。