质子交换膜燃料电池用增强型复合膜性能研究.pdf

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1、第30卷2013年第6期上海AEROSPACE航天SHANGHAI67文章编号：1006—1630(2013)06—0067—06质子交换膜燃料电池用增强型复合膜性能研究童莉，王涛，王晓锐，王东，张新荣(上海空间电源研究所，上海200233)摘要：用流延法喇备增强型Nafion／PTFE复合膜，用电子扫描显微镜(SEM)观察膜，测试了膜的溶胀率、机械强度及质子传导率测试和单体电池性能，并与市售Nationo膜进行比较。研究表明：流延法制备的Nafion／PTFE复合膜致密性好，(23±2)℃和(100±2)℃恒温水浴条件下，Nafion／PTFE复合膜体积溶胀率分别仅为

2、Nationo212膜的30％，70％，Nafion／PTFE复合膜的最大拉伸强度较Nationo212膜高52％，H2渗透率较Nation@212膜高14％～25％；Nafion／PTFE复合膜的放电电压高于Nation@211膜，"-3电流密度为1000mA／cm2时，Nafion／PT—FE复合膜单池放电电压为0．714V，较Nation@212膜高8％，能满足质子交换膜燃料电池(PEMFC)使用要求。关键词：PEMFC；复合质子交换膜；Nafiono膜中图分类号：TM911．4文献标志码：AStudyonPerformanceofReinforcedMembra

3、neforPEMFCTONGLi，WANGTao，WANGXiao—rui，WANGDong，ZHANGXin—rong(ShanghaiInstituteofSpacePower-Source，Shanghai200233，China)Abstract：TheNafion／PTFEcompositemembranewaspreparedbycastingmethod．ThestructureoftheNafion／PTFEmembranewasstudiedbySEManditsperformancesoftheswellingrateandtensilestreng

4、th，EISandsinglecellweretested，andtheresultswerecomparedwithNationomembrane．Thestudyshowedthatthevolumeswellingratewasonly30％and70％ofNafiono212membraneat(23±2)℃and(100±2)℃．Themaxiumtensilestrengthwas52％higherthanNation@212membrane．ThehydrogenpermeabilityofNafion／PTFEcompositemembranewason

5、ly14％～25％higherthanNafiono212membrane．TheworkingvoltageofNafion／PTFEmembranewashigherthanNationo21membrane．Whenthecurrentdensitywas1000mA／cm2，theworkingvoltageofNafion／PTFEmembranewas0．714Vwhichwas8％higherthanthatofNation@212membrane．TheNafion／PTFEcompositemembranecouldbeusedinPEMFCsprel

6、iminary．Keywords：PEMFC；Compositemembrane；Nationomembrane0引言燃料电池是一种等温地按电化学反应直接将化学能转化为电能的能量转换装置，其能量转换效率高达40％～60％，实际使用效率为普通内燃机的23倍，同时具有燃料多样化、噪声低、对环境污染小和可靠性高等优点口]。20世纪60年代，质子交换膜(PEM)的出现推动了PEMFC技术的发展[2]。除具燃料电池的一般特点外，PEMFC还有可在室温快速起动、寿命长、比功率和比能量高等优点。不仅收稿日期：2009—11-12；修回日期：2010—03—02作者简介：童莉(1986

7、一)，女，硕士生，主要从事燃料电池复合质子交换膜研究。可用于建设分散电站，而且能作为可移动动力源，是电动车等的理想候选电源。质子交换膜作为PEM—FC关键功能材料，直接影响电池的性能和寿命。用于PEMFC的质子交换膜一般须具备条件：较高的质子传导率以降低电池内阻；较小的内阻以提高电池发电效率；极小的气体(尤其氢气和氧气)渗透率以改善燃料使用效率；极佳的环境稳定性，在活性物质氧化／还原和酸性作用下不降解；足够高的机械强度、热稳定性和尺寸稳定性，以承受在电池生产和运行中不均匀的机械和热量冲击；适当的性能／价格l：tE3_4]。目前，质子交换膜