高温质子交换膜燃料电池膜电极制备工艺的研究

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1、北京化工大学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁

2、盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：导师签名：瓷芑纵日期：立!包￡：乏El期：』里砬．厶笸11llJIlitIlJllllllllJlJJJY2138448学位论文数据集～～——一⋯一中图分类号TQl52学科分类号430．1060论文编号1001020120614密级．公开学位授予单位代码lOO

3、lO学位授予单位名称北京化工大学作者姓名李微徼学号2009000614获学位专业名称材料科学与工程获学位专业代码0805课题来源国家自然科学基金研究方向高分子材料论文题目高温质子交换膜燃料电池膜电极制备工艺的研究关键词质子交换膜，燃料电池，膜电极，聚(2，5-苯并咪唑)，造孔剂，CCM论文答辩日期2012年5月26日·论文类型应用研究学位论文评阕及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师吕亚非教授北京化工大学复合材料评阅人1黄丽教授北京化工大学复合材料清华大学核能与评阅人2谢晓峰副教授电化学、燃料电池新

4、能源技术研究院评阅人3评阅人4评阅人5獭员螂范琳研究员中科院化学所复合材料答辩委员1杨小平教授北京化工大学复合材料答辩委员2武德珍教授北京化工大学高分子材料答辩委员3隋刚教授北京化工大学复合材料答辩委员4黄丽教授北京化工大学复合材料答辩委员5注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在((中国图书资料分类法》查询。三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB／T13745-9)《学科分类与代码》中查询。四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。摘要高温质子交换膜燃料电池

5、制备工艺的研究高温质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作温度为100．200℃，相对于低温燃料电池(通常低于80。C)的PEMFC有更快的化学反应动力学；能改善和简化水管理系统；更高效的热管理和改善了环境耐受性，这些优点使得高温PEMFC被认为是下一代燃料电池的有力竞争者。高温条件下磷酸掺杂的聚苯并咪唑类聚合物膜能使电池很好的运行，这类聚合物膜是研究的较多，较成熟的高温膜。这其中聚(2，5．苯并咪唑)(AB．PBI)是一种结构简单，合成方便的PBI，以结构的特殊性使其呈现了较好的质子电导率。本研究所采用质子交换

6、膜均为AB．PBI。膜电极(MEA)是燃料电池的重要组件，是电化学反应的重要场所，也是研究燃料电池的首要研究对象。本文从燃料电池运行过程中所产生的极化入手，考察了粘结剂的分子量，造孔剂，阴阳极催化剂担载量，阴阳极粘结剂的比例等因素对膜电极性能的影响，并初步考察了用催化剂涂覆膜(CCM)法制备膜电极。主要内容如下：(1)针对活化极化，采用了改变催化剂中的粘结剂AB．PBl分子量的方法。实验用自制AB．PBI膜作为电解质，制备了不同分子量AB—PBI的催化剂浆料。通过极化曲线测试可以宏观上得出聚合物分子量越小，M

7、EA性能越好。进一步对膜电极交流阻抗性质进行了研究，并经Zsimpwin软件北京化工大学硕士学位论文拟合，得出在分子量为2．31X105时，电池性能最好。降低活化极化还采用了添加造孔剂的方法．在选用的三种造孔剂中，硝酸钠的造孔性能最好，其次是草酸铵，最差的是硫酸铵。(2)针对欧姆极化，采用了CCM方法。从理论上讲，用CCM法制备的膜电极接触电阻显著降低，性能会有所提过，而实验发现用AB．PBI做质子交换膜的高温燃料电池性能并没有显著提高，具体原因需进一步验、—r‘1止o(3)实验还优化了质子交换膜的制备工艺，

8、得出MEA制各的最佳工艺条件为：阳极催化剂担载量为lmg／m2；阴极催化剂担载量为2mg／m2阳极聚合物的比例为5wt．％；阴极聚合物的比例为15叭．％。关键词：质子交换膜，燃料电池，膜电极，聚(2，5．苯并咪唑)，造孔剂，CCMABS田RACTSTUDYONTⅡEMEMBRANEELECTRODEASSEMBLyFORHIGHTEMPERATUREPROTONEXCHANGEMEMBRANEFUE