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直接甲醇燃料电池聚合物电解质的研究

直接甲醇燃料电池(简称DMFC)以其高效、高能量密度、低排放和燃料储运及补充方便等特点被认为是适应未来能源和环境要求的理想动力源之一。DMFC被认为最适宜作可移动动力电源和便携式电源,如电动车电源和手机电池。目前,DMFC面临两大主要难题:一是甲醇从阳极向阴极的透过率高,即膜的阻醇性能较差;二是阳极催化剂对甲醇氧化反应的活性低。本论文在新型阻醇导电膜材料方面进行了新的尝试。杂多酸是已知常温下质子导电率最高的无机酸,被认为可用于燃料电池的新型固体电解质膜中。但顾虑到杂多酸的可溶性,人们的有关研究只限于针对氢氧型质子交换膜燃料电池,我们则首先考虑了其用于直接液体甲醇燃料电池的可能性。利用聚合物上官能团与杂多酸的相互作用,成功制备了可在甲醇水溶液中稳定存在的三类新型无机-有机质子导电复合膜:杂多酸掺杂聚乙烯醇复合膜(HPAs/PVA)、磷钨酸掺杂磺化聚醚醚酮(PWA/SPEEK)复合膜和磷钨酸掺杂磺化酚酞型聚醚砜(PWA/SPES-C  (本文共165页) 本文目录 | 阅读全文>>

重庆大学
重庆大学

液相进料直接甲醇燃料电池两相流动与传输特性研究

便携式电子设备和无线通讯技术的发展对电源的要求越来越高,传统电池已很难满足要求。而且,当今能源危机和环境污染日益严峻,促使人们寻求一种高效、清洁、廉价方便、续航能力强的新能源动力技术。而直接甲醇燃料电池(DMFC)可以使用液态甲醇溶液作为燃料,与传统动力装置相比具有其独特的优点,如能量密度高、启动响应快速、零排放、低温运行、可利用现有的能量供应系统等,是最有希望尽快商业化的下一代移动式电源。因此,国内外众多研究单位开展了关于DMFC的研究。至今,国内外对DMFC的研究主要集中在化工、材料和电池性能的整体优化方面,对于电池中关键的传输现象和传输机理等热物理问题的研究多为数值模拟,系统的实验数据较缺乏。因此,本文从工程热物理学科角度出发,研究液相进料DMFC内两相流动及其传输特性。主要内容包括:液相进料DMFC的设计与制造;实验系统的建立及DMFC性能研究;DMFC阳极流道CO_2气泡动态特性研究;DMFC阳极流场两相流动特性及其对...  (本文共237页) 本文目录 | 阅读全文>>

东北师范大学
东北师范大学

新型聚合物电解质基复合质子传输膜的制备及其性能研究

质子交换膜(PEM)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心部件在很大程度上决定了PEMFC性能的好坏。现在广泛应用于PEMFC的PEM是杜邦公司生产的Nafion膜。虽然Nafion膜具有高质子传导、化学稳定性好等优点,但它的质子传导强烈依赖膜内的水含量,高温时膜性能急剧下降,在作为直接甲醇燃料电池(DMFC)的PEM时燃料渗透严重,并且Nafion的生产过程复杂,造价昂贵。这些问题都是影响Nafion广泛应用的重要原因。磺化的芳香族聚电解质由于具有良好的机械性能,化学稳定性和热稳定性,尤其是低于Nafion的甲醇渗透和生产成本,使其在近年的PEM研究中备受科研和能源开发机构的青睐。我们知道,在PEM中质子的传导主要是在膜的亲水区域内,亲水区的连续性越好越有利于质子传导。在磺化的无规共聚物膜中,磺酸基会聚集形成大的离子簇,亲水区之间的相对间距很大,因此质子不能在这种结构中快速的传导。为了获得综合性能好,并且具有连续质子传输通...  (本文共131页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

直接甲醇燃料电池电解质负载催化层的制备与性能研究

作为直接甲醇燃料电池(DMFC)的核心部件,膜电极(MEA)对于电池性能具有至关重要的影响。传统膜电极的制备方法是将负载催化层的扩散介质(CDM)热压到电解质两侧。由于催化层与电解质接触不充分,降低了电催化剂的利用率,制约了CDM的电化学性能。近年来受到关注的电解质负载催化层(CCM)是一种直接将催化层制备到电解质表面的膜电极,可以增大反应物/催化剂/电解质三相界面,提高电催化剂利用率。本研究采用转印法制备了具有高电化学活性的CCM型膜电极。通过优化CCM制备工艺,改进膜电极结构,提高了主动式和自呼吸式DMFC的性能,并对膜电极长期运行的衰减机理进行了深入探讨。采用转印法制备CCM可以改善催化层与电解质的接触。通过优化CCM的热压条件提高了DMFC的性能。在185℃、15 MPa热压90 s制备的CCM在30℃时最大输出功率密度达到32 mW·cm-2,这得益于其具有较高的电化学活性面积(ESA)和孔隙率,以及较低的界面电阻。较...  (本文共135页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津大学
天津大学

高温碳质化合物聚合物膜燃料电池及电场辅助制备膜电极的研究

膜电极组件(MEA)是聚合物膜燃料电池(PEMFC)的核心部件,对聚合物膜燃料电池的性能起到关键作用。在目前PEMFC电极技术中,催化层中的催化剂、电解质和孔隙均是无序分布的,而结构无序的催化层既导致了催化剂利用率低,又造成了反应物、电子和质子传递路径长、阻力大等弊端。因此改善电极结构,开发高性能的膜电极是PEMFC研究的重要课题。本文提出通过施加电场的方式辅助制备有取向结构的PEMFC电极,从而提高垂直方向的电子和质子通道的连通性,并提高催化剂利用率。采用由微米级全极化颗粒、电解质聚合物和溶剂组成的催化剂浆料模拟体系,用高倍光学显微镜直观观察全极化颗粒在电场下的运动和取向行为。从全极化颗粒取向行为的变化,外推真实催化层中取向的形成过程。在电极催化层的制备过程中施加电场,利用电场作用制备具有取向结构的电极催化层。考察电场和催化层主要参数对电极结构取向的影响。表征催化层结构,测量其电化学性能,并且进行进一步的燃料电池实验。结果表明...  (本文共133页) 本文目录 | 阅读全文>>

清华大学
清华大学

直接甲醇燃料电池传递过程与电化学反应的模型化

燃料电池已经成为未来最有希望的动力来源之一。它是一种将化学能通过电极反应直接转化为电能的电化学装置。燃料电池技术适用于诸如便携电源、运输工具以及固定能源站等技术领域。为了优化和改进燃料电池的设计,必须进行许多重复的实验研究,这将花费大量的时间和金钱。因此部分研究使用数学和计算机工具对燃料电池进行模型化研究,揭示电池设计的局限性,并确定需要改进的部分。本文首先运用TFFA模型描述直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极氧气的传递和电化学反应过程,研究了过电位-电流密度曲线受阴极结构参数变化的影响程度,其中着重考虑了以下几个参数:催化层的孔隙率,浸渍聚集体薄膜的厚度,浸渍聚集体的半径,浸渍聚集体在催化层中的体积分数。模型结果表明对于电极性能而言,气体扩散层的孔隙率、平均孔径以及催化层气体通道的半径,相对其他参数来说显得不太重要。对于DMFC的阳极,本文描述了甲醇和水在阳极及质子交换膜(PEM)中的传递过程、反应动力学和欧姆阻抗效应,建立阳极...  (本文共98页) 本文目录 | 阅读全文>>