质子交换膜17650

“离子簇网络模型”
离子簇的直径约4nm，离子簇之间的间距一般在 5nm左右。离子簇的周壁带有负电荷的固定离子，且 通道狭窄，因而对于带负电且水合半径较大的OH-离子 的迁移阻力远远大于H+，这也正是离子膜具有选择透 过性的原因。
• 电渗作用下的水合质子迁移是质子交换膜中水分迁移的主 体；水合质子传导率随外荷载的增大而增大；
质子交换膜
工作原理
燃料电池
阳极反应：H2 → 2H+ + 2e-
阴极反应 ：1/2 O2 + 2H+ +2e- → H2O
总反应：1/2O2+H2 →H2O
(E0=1.14V)
• 基底 • 分割氧化剂与还原剂 • 选择性透过 • 质子交换膜的性能对燃料电池的性能起着非常重要的作用，
它的好坏直接影响电池的使用寿命。
• 质子交换膜中，H5O2+是水合质子的主要结构，电荷是在 质子- 水族结构中氢氧键的形成和断裂过程中迁移的；
• 0 . 96 57 Å 是质子-水族结构中氢氧键形成和断裂的临界 距离，小于0. 9657Å 氢氧键形成，而大于0.9657Å 氢氧 键断裂。
• 通过(H5O2)+中氢氧键不断形成与断裂，电荷在质子交换 膜中得以传递
孙红，吴铁军，唐玉兰等.质子交换膜中的传质分析.中国工程热物理学会学 术会议论文.
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2019/7/22
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
现阶段分为: 全氟磺酸型质子交换膜（ Nafion膜和DOW膜）; nafion重铸膜; 非氟聚合物质子交换膜; 新型复合质子交换膜等等。
Nafion膜,x=6~10,y=z=1 DOW膜，x=3~10,y=1
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2019/7/22
Nafion膜的质子传递机理
质子交换膜主要由高分子主体，即疏水的碳氟主 链区、离子簇和离子簇间形成的网络结构。