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燃料电池碱性阴离子交换膜的制备与表征

李明  
【摘要】: 直接甲醇燃料电池(DMFC)作为可以替代目前电力来源的一种新能源而受到了广泛的关注,因为它具有效率高、功率密度高、低或零排放和燃料容易运输等很多优点。DMFC作为一个便携式或移动电源有望得到广泛的应用,例如手机电池和电动车电源等。但是,DMFC目前面临两大主要难题,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。 碱性阴离子交换膜直接甲醇燃料电池(AMDMFC)采用了阴离子交换膜作为电解质,整个体系为碱性。在碱性介质中甲醇氧化速度比在酸性介质中要快,而且也不存在反应中间产物使电极催化剂中毒现象;在AMDMFC中,氢氧根基团与甲醇传递方向相反,可消除电渗析产生的甲醇渗透,从而可降低甲醇渗透速度。因此,AMDMFC能够克服DMFC的缺点。阴离子交换膜作为碱性直接甲醇燃料电池的关键部件,起到传导氢氧根离子、分隔燃料和氧化剂的双重功能。 本论文旨在使用新型材料Poly (vinylbenzyl chloride) (PVBCl)制备一张阴离子交换膜,并对它的性能进行表征。使用合适的溶剂溶解聚合物PVBCl制成高分子溶液,选取合适的交联剂添加在高分子溶液中让其交联。将溶液浇铸在一块平整的载玻片上,然后让溶剂在室温下挥发足够长的时间(4小时)以确保溶剂能挥发完全,通过溶液浇铸法便可成功制备尺寸稳定性好、光滑平整、颜色透明的完整的PVBCl阴离子交换膜。文章对PVBCl膜的电性能和交换性能等进行了研究,分析了溶剂的种类、凝胶介质、交联剂的种类和用量等对成膜性能的影响,并对膜的交联度、含水率、离子交换容量等性能进行了表征。


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