燃料电池的高效发电装置

燃料电池的高效发电装置 电动机保护器 燃料电池是一种不经过燃烧直接以电化学方式将燃料及氧化剂内储存的化学能转变为电能的高效发电装置，其中质子交换膜燃料电池以其独特的优点受到人们的重视 .直接甲醇燃料电池甲醇水溶液作燃料的质子交换膜燃料电池，其特点是快速启动、可靠性高、结构简单，甲醇来源丰富、价格低廉、储存携带方便、可大规模生产且可使用现有的加油系统。因此， DMFC成为目前各国政府优先发展的高新技术之一。 质子交换膜是 DMFC的关键组件之一，其性能直接影响着燃料电池的输出功率和工作性能 122.DMFC用质子交换膜材料必须满足下列条件： （ 1）足够的化学和电化学稳定性； （ 2）高质子电导率和低内电阻； （ 3）低甲醇透过系数，甲醇向阴极板的渗透不仅造成原料的损失，而且在氧阴极上产生混合电位，使电池性能降低； （ 4）合适的机械强度与柔韧性，与电极催化剂有良好的相容性，以保证制成有效的膜电极； （ 5）使用寿命长。 DMFC的质子交换膜的选用与研究围绕其要求展开，质子交换膜燃料电池（ PEMFC）的质子交换膜以及各种离子交换膜对其具有借鉴作用。成却无法有效地阻挡甲醇向阴极渗透，即使甲醇溶液浓度降低到1mol/L，其甲醇透过系数也会高达 142.目前，DMFC用质子交换膜的研究发展方向：一是对全氟磺酸型质子交换膜进行改性二是开发新材料的质子交换膜。 杂萘联苯聚醚砜酮（ PPESK）是一种很好的功能材料，其主要特点是耐热、可溶、高强度、耐磨、化学和机械稳定性好，可在发烟硫酸中磺化，制成的质子交换膜不但具有良好的质子电导率，还有较好的热稳定性和机械强度。 本研究制备了不同磺化度的杂萘联苯聚醚砜酮（ SPPESK）质子交换膜，并考察了这些膜的质子电导率和甲醇透过系数等性能。 1实验部分称取 3g杂萘联苯聚醚砜酮（ PPESK）粉末溶解于氯仿中，溶胀 1h后加入过量发烟硫酸。反应一段时间后，将溶液倒入大量的冰水混合物中，搅拌 1h，静置过夜，再用去离子水多次洗涤，直到溶液的 pH值接近 7.抽滤出沉降的聚合物， 60e下干燥 24h后得到 217g黄色的磺化产物 SPPESK. SPPESK结构式为：将一定量的 SPPESK溶于 N， N-二甲基乙酰胺（ DMAC）中，搅拌均匀，制成质量分数为 10%的溶液，在超声波震荡仪中震荡 1h后，在洁净、平整的玻璃板上流延成膜， 60e下干燥 12h后，再在 80e下热处理 2h，自然冷却到室温，浸入去离子水中揭下。对膜进行预处理：室温下于 1mol/L的硫酸水溶液中浸泡 24h后取出，再用去离子水多次洗涤以除去膜中残留的硫酸。处理后的膜浸泡耿佃国等。直接甲醇燃料电池用新型质子交换膜的研究在去离子水中。 113SPPESK膜的性能测试 （ 1）磺化度的测定。采用酸碱滴定的方法测定 SPPESK的磺化度，具体方法为：准确称取（ 011mol/L）中浸泡 24h，然后以酚酞为指示剂，用 011mol/L的盐酸进行反滴定。用下式计算其中， EW为离子交换容量的倒数。 （ 2）质子电导率的测定。将待测膜夹于上、下两个不锈钢电极之间，上、下电极表面直径不同，电极表面抛光。耐腐蚀的聚四氟乙烯柱体起支撑、绝缘作用。电极安装好后放入恒温恒湿室中。用螺栓连接，硅橡胶垫密封。测试时，池内注入蒸馏水，保持膜的湿润，消除膜与电极间存在的空气气隙，测定膜在不同环境中的电导率。 （ 3）热重分析。采用北京光学仪器厂的LCT-2差热天平进行测定。将被测试样在100e下干燥 5h除去水分，准确称取 1520mg干燥试样，放入装有二氧化硅的容器中。测试气氛 N （ 4）甲醇透过系数的测定。按文献 所述方法测定甲醇的透过系数（ Q， cm/s），用于表征膜的阻醇性能。 （ 5）机械性能的测定。利用纸张拉力机和耐折仪测定了不同膜的拉伸强度和耐折程度。测试条件：室温，湿膜。 （ 6）扫描电镜（ SEM）及红外光谱分析。被测膜经干燥处理后，在液氮中冷冻打断，然后固定在样品台上，经离子溅射仪镀金后，用扫描电镜观察其表面及断面。 2结果与讨论 磺化反应条件对 SPPESK磺化度的影响 SPPESK的磺化度受反应时间、反应物浓度、反应温度的影响。本实验采用发烟硫酸为磺化剂，反应中发烟硫酸大大过量，反应温度控制在 182.所以，只讨论反应时间对磺化度的影响。 本实验以 25%的发烟硫酸作磺化剂