新型質子傳導電解質膜的制備及其性能研究.pdf

1、本研究工作制備了四種新型的質子導電膜,包括:Nafion/磷硅玻璃質子導電玻璃膜、離子液體/多孔SiO2質子導電玻璃膜、PEI-PCFG/磷硅玻璃/PEI-PCFG超薄自支撐質子導電膜和Nafion/磷硅玻璃/Nafion超薄自支撐質子導電膜,并對它們的結構和性能進行了表征。
　　 Nafion/磷硅玻璃質子導電玻璃膜是一種以多孔磷硅玻璃為基體材料的新型質子導電膜。通過原位溶膠.凝膠的方法將Nafion均勻分散到基體當中,形成具

2、有高質子電導率的復合玻璃膜。本文表征了該復合膜的形貌、孔結構、吸水性、質子電導率等性能,并且將該膜做成膜電極,測試了單電池的性能。結果顯示,這種復合玻璃膜具有高質了電導率,在充分加濕后可以達到0.1 Scm-1。在H2/O2燃料電池的測試中,單電池的開路電壓為0.94V,常溫條件下(25℃)其輸出功率為42.6mWcm-2。
　　 離子液體/多孔SiO2質子導電玻璃膜是一種基于質子型離子液體N,N-二乙基甲胺雙三氟甲基磺酰亞胺(

3、[dema][TfO])的質子導電玻璃膜。通過一步法在SiO2溶膠中加入質子型離子液體,凝膠后得到了離子液體參雜的SiO2玻璃膜。本文討論了Sol-Gel法制備[dema][TfO]/SiO2復合玻璃膜的工藝,并對其結構和性能進行了表征。結果顯示,該膜在120℃～220℃無加濕的情況下獲得了10-2 Scm-1的高離子電導率。在H2/O2單電池測試中,通過60℃恒定的H2和O2供給和循環(huán)活化后開路電壓可達0.98V;在140℃無水加濕的

4、環(huán)境下獲得了2.8 mW cm-2的輸出功率密度。
　　 本文報道了超薄質子導電膜的工作。通過有機/無機/有機多層結構的復合,制備了PEI-PCFG/磷硅玻璃/PEI-PCFG(PPP)超薄自支撐質子導電膜。制備的具有三明治結構的質子導電膜的厚度為500納米左右。其中,中間層是磷硅玻璃薄膜,主要起到減少燃料滲透的作用。磷硅玻璃層受到聚合物層(PEI-PCFG層)的支撐和保護。聚合物層由具有一定質子傳導性能的聚合物材料組成,能為復

5、合膜提供質子電導率和柔韌性。所制備的PPP復合膜的質子電導率為10-5 Scm-1(70℃,90％相對濕度)。然而,由于該質子導電膜的厚度僅為500nm,使得PPP膜在該條件下的面阻為4.5Ωcm2。
　　 為了進一步提高超薄質子導電膜的質子電導率,本文還制備了Nafion/磷硅玻璃/Nafion(NPN)超薄自支撐質.了導電膜。通過用Nafion替代PEI-PCFG并對磷硅玻璃層結構的改進,制備的超薄質子導電膜具有較高的質子電