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质子交换膜电导率及质子迁移数测定方法的研究

作　者: 李芳芳
导　师: 何荣桓
学　校: 东北大学
专　业: 物理化学
关键词: 质子交换膜(PEM) 质子迁移数电导率
分类号: O646
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其突出的优点越来越受到人们的广泛关注,其中质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心元件。PEM对质子的传导能力,直接关系至(?)PEMFC的性能。PEM传导质子的能力主要通过电导率和和质子迁移数两方面来衡量。在质子交换膜的理论研究和实际应用中,电导率和迁移数都是十分重要参数,是衡量膜传输离子能力的重要指标,其导电能力的高低直接关系着PEMFC的性能。电导率反映了体系中全部离子的迁移率,是聚合物电解质导电能力的体现；而迁移数则反映了有关的离子,如H+,Na+,OH-等的离子迁移率。通过对质子交换膜的性能研究,准确表征PEM的质子迁移数,可以为我们探索膜的传导机理提供科学依据。本研究借鉴希托夫法,利用自制的装备,测定了磺化聚醚醚酮(SPEEK),SPEEK/TFAPA, SPEEK/BMIMPF6膜质子迁移数。实验发现,SPEEK的磺化度与膜的迁移数呈正相关。将SPEEK膜分别与离子液体TFAPA和BMIMPF6复合后,质子迁移数均高于纯SPEEK膜的迁移数,且随离子液体的复合量的增加而升高。然而由于SPEEK/BMIMPF6膜对电解质的吸附和SPEEK/TFAPA膜中离子液体的流失,均分别使得由阴阳极室计算所得的结果在离子液体含量较高时出现明显差异。虽然对于质子交换膜导电性能的研究已经进行多年,可是由于固相质子交换膜不同于液相电解质,测试方法的不统一,以及较多的影响因素,使得测量结果存在一定的差异。其中采用最多的是四电极交流阻抗法和同轴探测法；研究发现,膜的纵向穿过和横向(面内)电阻存在着差别,而实验室中大多测量的为膜的横向面内电阻。本研究模拟电池环境,通过微流注射泵调控流速对体系进行加湿,测得膜的纵向电阻；50-90℃温度范围内,及0.10-0.30mL/min的不同水流速加湿条件下测定了Nafion(?)115的电导率,并将实验结果与文献值进行了比较。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-19
  1.1 引言  10-11
  1.2 质子交换膜  11-14
    1.2.1 PEMFC对质子交换膜的要求  11-12
    1.2.2 质子交换膜分类  12-14
  1.3 质子交换膜电导率和质子迁移数  14-18
    1.3.1 温度和水对质子交换膜电导率的影响  15
    1.3.2 质子交换膜电导率的测量方法  15-17
    1.3.3 质子交换膜迁移数  17-18
  1.4 本课题研究思路及意义  18-19
第2章 PEM质子迁移数的测定  19-25
  2.1 实验药品与仪器  19
  2.2 实验部分  19-22
    2.2.1 实验仪器的设计  19-20
    2.2.2 锥形瓶体积的校正  20-21
    2.2.3 磷酸浓度的测定  21-22
  2.3 结果与讨论  22-24
    2.3.1 SPEEK/BMIMPF6复合膜质子迁移数  22-23
    2.3.2 SPEEK/TFAPA复合膜质子迁移数  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章 PEM电导率的测定  25-34
  3.1 引言  25
  3.2 实验部分  25-30
    3.2.1 实验仪器及材料  25-26
      3.2.1.1 实验仪器  25-26
      3.2.1.2 实验材料  26
    3.2.2 实验装置的设计  26-28
    3.2.3 碳毡的处理  28
    3.2.4 密封垫的制作  28-29
    3.2.6 电导率的测定  29-30
  3.3 结果与讨论  30-33
    3.3.1 端板与流场的设计  30-31
    3.3.2 密封垫  31-32
    3.3.3 电导率测试装置  32
    3.3.4 电导率的测定  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章结论  34-36
参考文献  36-42
致谢  42

质子交换膜电导率及质子迁移数测定方法的研究

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