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质子交换膜(PEM)的化学腐蚀问题是制约质子交换膜燃料电池(PEMFC)使用寿命的重要因素之一,研制长寿命的PEM具有重要意义。自由基淬灭剂(FRS)是一类能够清除体系内活性自由基的物质,能够有效地减缓PEM的化学腐蚀,从而提升PEMFC的使用寿命。槲皮素是一种天然的抗氧化剂,普遍存在于植物的花、叶、果实中。槲皮素属于黄酮类化合物,在黄酮类化合物中具有最强的抗氧化能力。本论文以槲皮素为FRS引入PEM,并开展如下的研究工作:(1)利用循环伏安法测定了槲皮素在酸性条件下的氧化还原峰并设计显色实验评价槲皮素的抗氧化能力。循环伏安曲线表明,槲皮素在0.084 V与0.050 V处存在一组共轭的氧化还原峰,证明槲皮素在一定条件下可以实现氧化态与还原态之间的相互转化。显色实验表明,槲皮素在酸性条件下具有一定的抗氧化能力,能够有效降低体系内罗丹明B的降解。(2)通过浇铸法成功制备了Nafion/槲皮素复合膜。扫描电子显微镜(SEM)表明所制备的复合膜致密且厚度均与Nafion 211膜相近(25.4 μm)。傅里叶变换红外光谱(FTIR)与热重分析(TGA)表明槲皮素与Nafion基质的功能基团没有化学相互作用,而FTIR谱图中1641.2 cm-1处的额外吸收峰则表明槲皮素的成功引入。离子交换容量(IEC)测试表明,槲皮素的引入会在一定程度上降低复合膜的IEC,若将槲皮素含量控制在较低范围,则可以有效地规避过高的IEC损失。(3)将Nafion/槲皮素复合膜组装为单电池,并进行了单电池测试以及加速老化测试(ADT)。单电池极化曲线表明,槲皮素含量越高,电池性能越差,将槲皮素含量控制在1%以内,性能损失可以控制在较低的范围内。ADT表明,Nafion/1%槲皮素复合膜所组装的单电池在5个ADT循环后,1000 mA/cm2处对应的电压值衰减仅为51 mV,远优于同样测试条件下的Nafion膜与Nafion/1%CeO2复合膜,并且9个ADT循环后,该指标仍未有明显衰减。Nafion/1%槲皮素复合膜在九个ADT循环后,氢渗透电流仅为20.03 mA/cm2,而Nafion膜在第一个ADT循环后便已达到21.33 mA/cm2,由OCV曲线也可以得到相同的结论。ADT前后的SEM截面图表明,Nafion/1%槲皮素复合膜的厚度减薄远小于Nafion膜,证明了槲皮素的存在能够有效减缓复合膜的降解。FTIR测试表明,槲皮素在PEM内可以实现再生,保证了槲皮素能够在膜内可以长期发挥作用。