新型质子交换膜教案.ppt

资料内容仅供参考，不当之处，请联系作者改正或删除。 * 资料内容仅供参考，不当之处，请联系作者改正或删除。 * 资料内容仅供参考，不当之处，请联系作者改正或删除。 * 资料内容仅供参考，不当之处，请联系作者改正或删除。 * 资料内容仅供参考，不当之处，请联系作者改正或删除。 * 资料内容仅供参考，不当之处，请联系作者改正或删除。 * 资料内容仅供参考，不当之处，请联系作者改正或删除。 * 资料内容仅供参考，不当之处，请联系作者改正或删除。 * 资料内容仅供参考，不当之处，请联系作者改正或删除。 * 资料内容仅供参考，不当之处，请联系作者改正或删除。 * 新型质子交换膜 ——高温PEM 姓名： 姜 颖 燃料电池用质子交换膜种类[1] 1、全氟磺酸膜 2、非全氟化质子交换膜 3、无氟化质子交换膜 4、复合膜 5、高温膜 6、碱性膜 7、全陶瓷质子交换膜 [1]Liu Zhixiang, Qian Wei, Guo Jianwei, et al. Proton Exchange Membrane Fuel Cell Materials[J]. Progress in Chemistry,2011,23(3/2):487-500. 燃料电池用膜的革新方向 ---碱性膜 碱性膜虽然不是质子交换膜，但却是聚合物燃料电池的重要品种，由碱性膜制成的燃料电池完全不需要贵金属铂作催化剂，从根本上解决了铂资源匮乏的矛盾。碱性膜的机理、配方、制备工艺、与其他原材料的配伍等仍然需要加大投入去研究与开发。 Alkaline Polymer Electrolytes (APEFC)[2] 使用非贵金属，同时避免了常规AFC中出现的碳酸盐沉淀问题； 交联聚合物同时具有较高离子导电率和满意的机械性能； 主要有：转变金属混合物，氮掺杂碳纳米管，金属碳化物。 [2]Tang DaoPing, Pan Jing, Lu ShanFu. Alkaline polymer electrolyte fuel cells: Principle, challenges, and recent progress[J].Science China-Chemistry,2010,53(2): 357-364. 燃料电池用膜的革新方向 ---高温质子交换膜 高温质子交换膜工作温度可以在150℃ 以上，大大降低了对氢气纯度的要求，也有利于贵金属铂的减量化。同时，较高的工作温度，也增大了燃料电池和环境之间的温差。这有利于氢燃料电池汽车散热系统的简化与小型化，进而对提高氢燃料电池汽车性能、降低其成本有极大好处。高温聚合物膜和陶瓷质子交换膜是高温膜的重要方向。 高温膜 目前燃料电池的工作温度一般在 80℃ 以下，而提高燃料电池的工作温度是简化电池水热管理系统和解决催化剂中毒的有效措施之一；同时也可以改善电池阴阳两极尤其是阴极的氧气还原反应的动力学，进而提高电池的工作效率。 但温度升高时，膜内水分的蒸发会造成质子传导性能的急剧下降，且高温下易发生结构改变和化学降解，膜的机械性能也有所降低。 PEMFC的缺点 一氧化碳中毒; 热控制; 水控制; ...... 一氧化碳引起的催化剂中毒[3] 低温下CO浓度影响膜活性，如果超过10ppm会严重吸附在Pt表面使其中毒。这种吸附具有很高的负熵，在高温下不易发生，高于140℃基本不发生。 Adsorption of CO on Pt [3]Baschuk JJ, Li X.Carbon monoxide poisoning of proton exchange membrane fuel cells[J]. International Journal of Energy Research,2001,25:695-713. 热控制 低温(80℃)下，PEMFC效率保持在40-50%时会产生巨大的热量，必须散热以保持系统的工作温度，可以通过水蒸气的形式散热，可用于直接加热或加压过程。 而在高温下，可直接利用该热量，使电池能够获得更高的效率，同时减小散热器的面积。 直接氢：100-200℃的温度范围是氢从高容量的H2储存罐中解吸附的必要条件。 水控制-湿度 低温下，高湿度是增压的必要条件，但不具有对由燃料产生的杂质的耐受性。而低湿度下的膜不需要增压，可以有效抵抗杂质的损害。 其它 增加扩散速率：接触面扩散速率随着温度的升高而增大。高温下水汽的蒸发能够增大暴露的表面积，从而允许更多的反应物扩散到反应界面。 技术成本限制：低温下需