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《用于高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的nafion復(fù)合膜研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、用于高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的Nafion復(fù)合膜研究AStudyonNafionCompositeMembranesforHighTemperatureProtonExchangeMembraneFuelCell學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程研究生：劉云龍指導(dǎo)教師：王宇新教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一四年六月萬方數(shù)據(jù)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在
2、論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月萬方數(shù)據(jù)摘要質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種高效環(huán)保的新型電源，有著廣泛的應(yīng)用前景。PEMFC在高溫（＞100?C）條件下運(yùn)行時(shí)，具有更快的電
3、極反應(yīng)動力學(xué)、更高的CO耐受性以及更簡單的水熱管理，從而可以解決燃料電池在低溫運(yùn)行時(shí)遇到的諸多問題。然而，目前普遍采用的美國DuPont公司生產(chǎn)的Nafion膜的導(dǎo)電性能嚴(yán)重依賴膜內(nèi)水的含量，在高溫時(shí)該膜因失水而導(dǎo)電率迅速下降，不能滿足PEMFC高溫運(yùn)行的性能要求，因此研究開發(fā)能夠在高溫下仍具有優(yōu)異性能的質(zhì)子交換膜勢在必行。質(zhì)子交換膜的水吸收率、微觀結(jié)構(gòu)等均會對膜的質(zhì)子導(dǎo)電率形成影響，通過調(diào)控膜的微觀結(jié)構(gòu)可以改善其質(zhì)子傳導(dǎo)性能?；贜afion膜具有良好的熱、化學(xué)穩(wěn)定性，本論文對其進(jìn)行磷酸化的TiO2納米管摻雜改性，期望通過膜微觀結(jié)構(gòu)的重新排布來提高Nafion膜在高
4、溫下的質(zhì)子傳導(dǎo)率，改善膜在高溫下的性能。經(jīng)氨水處理后的磷酸化TiO2納米管表面帶有更多的電荷，抑制了納米管之間的團(tuán)聚，從而制備出納米管均勻分散的Nafion/磷酸化TiO2納米管復(fù)合膜。磷酸化的TiO2納米管具有較大的比表面積和長徑比，在復(fù)合膜中起到調(diào)控膜微觀結(jié)構(gòu)的作用。通過Nafion膜內(nèi)的磺酸基團(tuán)與納米管表面的磷酸基團(tuán)相互作用，膜內(nèi)的親水離子團(tuán)簇沿管表面分布形成連續(xù)的親水離子通道。測試結(jié)果表明：在磷酸化TiO2納米管的作用下，復(fù)合膜親水離子團(tuán)簇尺寸從純Nafion膜的3.65nm增加到5nm以上，且形成較長且連續(xù)的質(zhì)子傳輸通道，改善后的微觀結(jié)構(gòu)有效地促進(jìn)了質(zhì)子在膜
5、內(nèi)的傳遞。吸濕性的磷酸化TiO2納米管提高了Nafion復(fù)合膜的水吸收率，促進(jìn)膜內(nèi)形成傳輸質(zhì)子的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。納米管表面的磷酸基團(tuán)提供了額外的質(zhì)子，使含磷酸化-1TiO2納米管的復(fù)合膜的離子交換容量（IEC）從純Nafion膜的0.923mmol·g最-1多增加至0.956mmol·g，Nafion膜在高溫下的質(zhì)子導(dǎo)電率也明顯改善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在較高溫度和較高相對濕度（RH）下，復(fù)合膜具有更優(yōu)的質(zhì)子傳導(dǎo)性能。在100℃和100%RH條件下，含質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的磷酸化TiO2納米管的復(fù)合-1-1膜的質(zhì)子導(dǎo)電率為0.154Scm，較純Nafion膜的0.139Scm提高了10%
6、。當(dāng)溫度超過100℃時(shí)，該復(fù)合膜的質(zhì)子導(dǎo)電率仍高于純Nafion膜的質(zhì)子導(dǎo)電率。在高溫低濕條件下復(fù)合膜的質(zhì)子導(dǎo)電率也有小幅度的提升，高溫下Nafion膜的性能得到改善。關(guān)鍵詞：高溫質(zhì)子交換膜燃料電池磷酸化TiO2納米管結(jié)構(gòu)調(diào)控質(zhì)子導(dǎo)電率萬方數(shù)據(jù)ABSTRACTProtonexchangemembranefuelcell(PEMFC)isanewkindofefficientandenvironment-friendlypowertechnology,whichisexpectedtobewidelyusedinvariousfieldsinthefuture.When
7、runningunderhightemperatures(>100?C),PEMFCpossessesfasterelectrodereactionkinetics,higherlevelsofCOtoleranceandeasierheatandwatermanagement,thereforeresolvingtheexistingproblemsofPEMFCwhenrunningunderlowtemperatures.Atpresent,themostcommonlyusedprotonexchangemembranesinthefuelc
