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1、新型質(zhì)子交換膜——高溫PEM姓名：姜穎燃料電池用質(zhì)子交換膜種類[1]1、全氟磺酸膜2、非全氟化質(zhì)子交換膜3、無氟化質(zhì)子交換膜4、復(fù)合膜5、高溫膜6、堿性膜7、全陶瓷質(zhì)子交換膜[1]LiuZhixiang,QianWei,GuoJianwei,etal.ProtonExchangeMembraneFuelCellMaterials[J].ProgressinChemistry,2011,23(3/2):487-500.燃料電池用膜的革新方向---堿性膜堿性膜雖然不是質(zhì)子交換膜，但卻是聚合物燃料電池的重要品種，由堿性膜制成的燃料電池完全不需要貴
2、金屬鉑作催化劑，從根本上解決了鉑資源匱乏的矛盾。堿性膜的機(jī)理、配方、制備工藝、與其他原材料的配伍等仍然需要加大投入去研究與開發(fā)。AlkalinePolymerElectrolytes(APEFC)[2]使用非貴金屬，同時避免了常規(guī)AFC中出現(xiàn)的碳酸鹽沉淀問題；交聯(lián)聚合物同時具有較高離子導(dǎo)電率和滿意的機(jī)械性能；主要有：轉(zhuǎn)變金屬混合物，氮摻雜碳納米管，金屬碳化物。[2]TangDaoPing,PanJing,LuShanFu.Alkalinepolymerelectrolytefuelcells:Principle,challenges,and
3、recentprogress[J].ScienceChina-Chemistry,2010,53(2):357-364.燃料電池用膜的革新方向---高溫質(zhì)子交換膜高溫質(zhì)子交換膜工作溫度可以在150℃以上，大大降低了對氫氣純度的要求，也有利于貴金屬鉑的減量化。同時，較高的工作溫度，也增大了燃料電池和環(huán)境之間的溫差。這有利于氫燃料電池汽車散熱系統(tǒng)的簡化與小型化，進(jìn)而對提高氫燃料電池汽車性能、降低其成本有極大好處。高溫聚合物膜和陶瓷質(zhì)子交換膜是高溫膜的重要方向。高溫膜目前燃料電池的工作溫度一般在80℃以下，而提高燃料電池的工作溫度是簡化電池水熱管
4、理系統(tǒng)和解決催化劑中毒的有效措施之一；同時也可以改善電池陰陽兩極尤其是陰極的氧氣還原反應(yīng)的動力學(xué)，進(jìn)而提高電池的工作效率。但溫度升高時，膜內(nèi)水分的蒸發(fā)會造成質(zhì)子傳導(dǎo)性能的急劇下降，且高溫下易發(fā)生結(jié)構(gòu)改變和化學(xué)降解，膜的機(jī)械性能也有所降低。PEMFC的缺點(diǎn)一氧化碳中毒;熱控制;水控制;......一氧化碳引起的催化劑中毒[3]低溫下CO濃度影響膜活性，如果超過10ppm會嚴(yán)重吸附在Pt表面使其中毒。這種吸附具有很高的負(fù)熵，在高溫下不易發(fā)生，高于140℃基本不發(fā)生。AdsorptionofCOonPt[3]BaschukJJ,LiX.Carbo
5、nmonoxidepoisoningofprotonexchangemembranefuelcells[J].InternationalJournalofEnergyResearch,2001,25:695-713.熱控制低溫(80℃)下，PEMFC效率保持在40-50%時會產(chǎn)生巨大的熱量，必須散熱以保持系統(tǒng)的工作溫度，可以通過水蒸氣的形式散熱，可用于直接加熱或加壓過程。而在高溫下，可直接利用該熱量，使電池能夠獲得更高的效率，同時減小散熱器的面積。直接氫：100-200℃的溫度范圍是氫從高容量的H2儲存罐中解吸附的必要條件。水控制-濕度低溫
6、下，高濕度是增壓的必要條件，但不具有對由燃料產(chǎn)生的雜質(zhì)的耐受性。而低濕度下的膜不需要增壓，可以有效抵抗雜質(zhì)的損害。其它增加擴(kuò)散速率：接觸面擴(kuò)散速率隨著溫度的升高而增大。高溫下水汽的蒸發(fā)能夠增大暴露的表面積，從而允許更多的反應(yīng)物擴(kuò)散到反應(yīng)界面。技術(shù)成本限制：低溫下需要較多的電催化劑。HT-PEMFC[4]優(yōu)點(diǎn)：高質(zhì)子導(dǎo)電率、低滲透性、好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能好、成本低。如：硫化碳?xì)渚酆衔铩⑺峄酆衔镆约盎旌暇酆衔?。發(fā)展：優(yōu)化熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、酸控制，電極與膜界面。[4]SaswataBose,TapasKuila,ThiXuanHie
7、n,etal.NguyenPolymermembranesforhightemperatureprotonexchangemembranefuelcell:Recentadvancesandchallenges[J].ProgressinPolymerScience,2011,36:813-843.HT-PEMFCChallengesAdoptedapproachesFuturedesignconceptExampleChallengesofHT-PEMFC問題：高溫（100-200℃）下，低濕度會引起較大的歐姆損失，降低工作電壓、能量和效
8、率。聚合物膜中水蒸發(fā)導(dǎo)致低質(zhì)子導(dǎo)電率。[5]要求：低材料成本、100℃以上具有高質(zhì)子導(dǎo)電率和良好的水保持率、10年的耐久性。[5]SoneY,EkdungeP,Simonsson
