质子交换膜
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
质子交换膜
20140925班
第四组：程金瑜（演讲）费菁（制作）赵君（材料）
新能源：质子交换膜的应用
质子交换膜(Proton Exchange Membrane Fuel， PEM)是PEMFC的核心部件。PEMFC质子交换膜燃料 电池已成为汽油内燃机动力最具竞争力的洁净取 代动力源。在燃料电池内部，质子交换膜为质子 的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极 到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外 界提供电流，因此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。
现在在世界上拥有的PEM大致有： 全氟磺酸型质子交 换膜;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 但迄今最常用的质子交换膜(PEMFC)仍然是美国杜邦 公司的Nafion®膜（全氟磺酸型质子交换膜）。 全氟磺酸质子交换膜是一种固体聚合物电解质， 具有化学稳定性和热稳定性好、电压降低、电导 率高、机械强度高等优点，可在强酸、强碱、强 氧化剂介质和高温等苛刻条件下使用。 接下来将详细讲述全氟磺酸质子交换膜
电导率与水含量
全氟磺酸膜具有力学强度高，化学稳定性好，质子电导 率大(水含量大时)等优点的同时，也有其局限性。这类膜 的离子电导强烈地依赖于水含量，在水含量较低或温度 较高，特别是温度高于100 ℃时，电导率明显下降。
下图为Nafion117的电导率与水含量的关系
水含量与极三合一(MEA)组件的制备
(1) 进行膜的预处理。预处理目的是清除质子交换膜上的有机 和无机杂质。首先将质子交换膜在3%-5%过氧化氢水溶液中于 80℃进行处理，除掉有机杂质，取出后用去离子水洗涤再在稀 硫酸溶液中80℃处理，除去无机金属离子，取出后用去离子水 洗净后，置于去离子水中备用。 (2) 将制备好的多空气体扩散型氢氧电极浸入或喷上全氟磺酸 树脂溶液，一般控制全氟磺酸树脂的担载量为0.6-1.2mg/cm2 ， 在60-80℃下烘干。 (3) 在质子交换膜两面放好氢、氧多孔气体扩散电极，置于两 块不锈钢平板中间，放入热压机中。 (4) 在130-150℃、压力6-9MPa下热压60-90s，取出，冷却降 温。
全氟磺酸型质子交换膜
1962年美国Dupont公司研制成功全氟磺酸型质子交换膜，1966 年首次用于氢氧燃料电池，为研制长寿命、高比功率的PEMFC 打下了坚实的物质基础。
制备过程：
制备全氟磺酸型质子交换膜，首先用聚四氟乙烯作原料合成 全氟磺酰氟烯醚单体。该单体再与聚四氟乙烯聚合制备全氟 磺酰氟树脂，最后用该树脂制膜。 上述高分子材料化学式
质子膜中水与氢离子传导机理的结构示意图如下：
不同的全氟磺酸型质子交换膜
除了杜邦公司的Nafion膜以外，其他一些公司也开发了类似 的产品，如美国Dow化学公司的Dow膜、日本Asahi Chemical 公司的Aciplex膜和Asahi Glass公司的Flemion膜。 下表罗列了几种不同质子膜的膜厚度、交换容量和含水率
谢谢观看
公司 Dupont Asahi Glass Asahi chemical Industry 型号 Nafion117 Nafion112 Flemion Aciplex S1004 Aciplex S1004H 厚度/μm 50 175 50 120 100 100 交换容量 /(meq/g) 0.91 0.91 1.0 1.0 1.0 1.0 含水率/% —— 33 —— —— 38 87
20140925班
第四组：程金瑜（演讲）费菁（制作）赵君（材料）
新能源：质子交换膜的应用
质子交换膜(Proton Exchange Membrane Fuel， PEM)是PEMFC的核心部件。PEMFC质子交换膜燃料 电池已成为汽油内燃机动力最具竞争力的洁净取 代动力源。在燃料电池内部，质子交换膜为质子 的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极 到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外 界提供电流，因此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。
现在在世界上拥有的PEM大致有： 全氟磺酸型质子交 换膜;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 但迄今最常用的质子交换膜(PEMFC)仍然是美国杜邦 公司的Nafion®膜（全氟磺酸型质子交换膜）。 全氟磺酸质子交换膜是一种固体聚合物电解质， 具有化学稳定性和热稳定性好、电压降低、电导 率高、机械强度高等优点，可在强酸、强碱、强 氧化剂介质和高温等苛刻条件下使用。 接下来将详细讲述全氟磺酸质子交换膜
电导率与水含量
全氟磺酸膜具有力学强度高，化学稳定性好，质子电导 率大(水含量大时)等优点的同时，也有其局限性。这类膜 的离子电导强烈地依赖于水含量，在水含量较低或温度 较高，特别是温度高于100 ℃时，电导率明显下降。
下图为Nafion117的电导率与水含量的关系
水含量与极三合一(MEA)组件的制备
(1) 进行膜的预处理。预处理目的是清除质子交换膜上的有机 和无机杂质。首先将质子交换膜在3%-5%过氧化氢水溶液中于 80℃进行处理，除掉有机杂质，取出后用去离子水洗涤再在稀 硫酸溶液中80℃处理，除去无机金属离子，取出后用去离子水 洗净后，置于去离子水中备用。 (2) 将制备好的多空气体扩散型氢氧电极浸入或喷上全氟磺酸 树脂溶液，一般控制全氟磺酸树脂的担载量为0.6-1.2mg/cm2 ， 在60-80℃下烘干。 (3) 在质子交换膜两面放好氢、氧多孔气体扩散电极，置于两 块不锈钢平板中间，放入热压机中。 (4) 在130-150℃、压力6-9MPa下热压60-90s，取出，冷却降 温。
全氟磺酸型质子交换膜
1962年美国Dupont公司研制成功全氟磺酸型质子交换膜，1966 年首次用于氢氧燃料电池，为研制长寿命、高比功率的PEMFC 打下了坚实的物质基础。
制备过程：
制备全氟磺酸型质子交换膜，首先用聚四氟乙烯作原料合成 全氟磺酰氟烯醚单体。该单体再与聚四氟乙烯聚合制备全氟 磺酰氟树脂，最后用该树脂制膜。 上述高分子材料化学式
质子膜中水与氢离子传导机理的结构示意图如下：
不同的全氟磺酸型质子交换膜
除了杜邦公司的Nafion膜以外，其他一些公司也开发了类似 的产品，如美国Dow化学公司的Dow膜、日本Asahi Chemical 公司的Aciplex膜和Asahi Glass公司的Flemion膜。 下表罗列了几种不同质子膜的膜厚度、交换容量和含水率
谢谢观看
公司 Dupont Asahi Glass Asahi chemical Industry 型号 Nafion117 Nafion112 Flemion Aciplex S1004 Aciplex S1004H 厚度/μm 50 175 50 120 100 100 交换容量 /(meq/g) 0.91 0.91 1.0 1.0 1.0 1.0 含水率/% —— 33 —— —— 38 87