燃料電池的高效發(fā)電裝置

燃料電池的高效發(fā)電裝置 電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 燃料電池是一種不經(jīng)過(guò)燃燒直接以電化學(xué)方式將燃料及氧化劑內(nèi)儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置，其中質(zhì)子交換膜燃料電池以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)受到人們的重視 .直接甲醇燃料電池甲醇水溶液作燃料的質(zhì)子交換膜燃料電池，其特點(diǎn)是快速啟動(dòng)、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，甲醇來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、儲(chǔ)存攜帶方便、可大規(guī)模生產(chǎn)且可使用現(xiàn)有的加油系統(tǒng)。因此， DMFC成為目前各國(guó)政府優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)之一。 質(zhì)子交換膜是 DMFC的關(guān)鍵組件之一，其性能直接影響著燃料電池的輸出功率和工作性能 122.DMFC用質(zhì)子交換膜材料必須滿足下列條件： （ 1）足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性； （ 2）高質(zhì)子電導(dǎo)率和低內(nèi)電阻； （ 3）低甲醇透過(guò)系數(shù)，甲醇向陰極板的滲透不僅造成原料的損失，而且在氧陰極上產(chǎn)生混合電位，使電池性能降低； （ 4）合適的機(jī)械強(qiáng)度與柔韌性，與電極催化劑有良好的相容性，以保證制成有效的膜電極； （ 5）使用壽命長(zhǎng)。 DMFC的質(zhì)子交換膜的選用與研究圍繞其要求展開(kāi)，質(zhì)子交換膜燃料電池（ PEMFC）的質(zhì)子交換膜以及各種離子交換膜對(duì)其具有借鑒作用。成卻無(wú)法有效地阻擋甲醇向陰極滲透，即使甲醇溶液濃度降低到1mol/L，其甲醇透過(guò)系數(shù)也會(huì)高達(dá) 142.目前，DMFC用質(zhì)子交換膜的研究發(fā)展方向：一是對(duì)全氟磺酸型質(zhì)子交換膜進(jìn)行改性二是開(kāi)發(fā)新材料的質(zhì)子交換膜。 雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮（ PPESK）是一種很好的功能材料，其主要特點(diǎn)是耐熱、可溶、高強(qiáng)度、耐磨、化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性好，可在發(fā)煙硫酸中磺化，制成的質(zhì)子交換膜不但具有良好的質(zhì)子電導(dǎo)率，還有較好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。 本研究制備了不同磺化度的雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮（ SPPESK）質(zhì)子交換膜，并考察了這些膜的質(zhì)子電導(dǎo)率和甲醇透過(guò)系數(shù)等性能。 1實(shí)驗(yàn)部分稱取 3g雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮（ PPESK）粉末溶解于氯仿中，溶脹 1h后加入過(guò)量發(fā)煙硫酸。反應(yīng)一段時(shí)間后，將溶液倒入大量的冰水混合物中，攪拌 1h，靜置過(guò)夜，再用去離子水多次洗滌，直到溶液的 pH值接近 7.抽濾出沉降的聚合物， 60e下干燥 24h后得到 217g黃色的磺化產(chǎn)物 SPPESK. SPPESK結(jié)構(gòu)式為：將一定量的 SPPESK溶于 N， N-二甲基乙酰胺（ DMAC）中，攪拌均勻，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10%的溶液，在超聲波震蕩儀中震蕩 1h后，在潔凈、平整的玻璃板上流延成膜， 60e下干燥 12h后，再在 80e下熱處理 2h，自然冷卻到室溫，浸入去離子水中揭下。對(duì)膜進(jìn)行預(yù)處理：室溫下于 1mol/L的硫酸水溶液中浸泡 24h后取出，再用去離子水多次洗滌以除去膜中殘留的硫酸。處理后的膜浸泡耿佃國(guó)等。直接甲醇燃料電池用新型質(zhì)子交換膜的研究在去離子水中。 113SPPESK膜的性能測(cè)試 （ 1）磺化度的測(cè)定。采用酸堿滴定的方法測(cè)定 SPPESK的磺化度，具體方法為：準(zhǔn)確稱?。?011mol/L）中浸泡 24h，然后以酚酞為指示劑，用 011mol/L的鹽酸進(jìn)行反滴定。用下式計(jì)算其中， EW為離子交換容量的倒數(shù)。 （ 2）質(zhì)子電導(dǎo)率的測(cè)定。將待測(cè)膜夾于上、下兩個(gè)不銹鋼電極之間，上、下電極表面直徑不同，電極表面拋光。耐腐蝕的聚四氟乙烯柱體起支撐、絕緣作用。電極安裝好后放入恒溫恒濕室中。用螺栓連接，硅橡膠墊密封。測(cè)試時(shí)，池內(nèi)注入蒸餾水，保持膜的濕潤(rùn)，消除膜與電極間存在的空氣氣隙，測(cè)定膜在不同環(huán)境中的電導(dǎo)率。 （ 3）熱重分析。采用北京光學(xué)儀器廠的LCT-2差熱天平進(jìn)行測(cè)定。將被測(cè)試樣在100e下干燥 5h除去水分，準(zhǔn)確稱取 1520mg干燥試樣，放入裝有二氧化硅的容器中。測(cè)試氣氛 N （ 4）甲醇透過(guò)系數(shù)的測(cè)定。按文獻(xiàn) 所述方法測(cè)定甲醇的透過(guò)系數(shù)（ Q， cm/s），用于表征膜的阻醇性能。 （ 5）機(jī)械性能的測(cè)定。利用紙張拉力機(jī)和耐折儀測(cè)定了不同膜的拉伸強(qiáng)度和耐折程度。測(cè)試條件：室溫，濕膜。 （ 6）掃描電鏡（ SEM）及紅外光譜分析。被測(cè)膜經(jīng)干燥處理后，在液氮中冷凍打斷，然后固定在樣品臺(tái)上，經(jīng)離子濺射儀鍍金后，用掃描電鏡觀察其表面及斷面。 2結(jié)果與討論 磺化反應(yīng)條件對(duì) SPPESK磺化度的影響 SPPESK的磺化度受反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度的影響。本實(shí)驗(yàn)采用發(fā)煙硫酸為磺化劑，反應(yīng)中發(fā)煙硫酸大大過(guò)量，反應(yīng)溫度控制在 182.所以，只討論反應(yīng)時(shí)間對(duì)磺化度的影響。 本實(shí)驗(yàn)以 25%的發(fā)煙硫酸作磺化劑