电场控制全氟磺酸膜中磺酸根定向分布的研究

摘要：

对受热后发生玻璃化转变的Nafion 211膜施加40 V的电场,进而控制磺酸根基团的定向排列,达到提高Nafion膜离子电导率和燃料电池性能的目的.利用透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和质子电导率等技术研究了电场处理前后膜的相关特性.TEM和AFM表明:与原始膜相比,电场处理膜中-SO3H基团重新排列聚集形成较大的亲水团簇,均匀分布在氟碳基体中,FT-IR显示电场使Nafion 211膜中-SO3H和-CF2-基团对应的峰强度增加.XRD表明电场提高了膜的结晶度.由于电场使亲水团簇彼此连接形成较宽的通道供离子导通,水平方向上电场处理膜的电导率从166.12 mS/cm增加到190.19 mS/cm,垂直方向上电场处理膜的电导率从13.76 mS/cm增加到22.89 mS/cm,燃料电池性能从874.02 mW/cm2增加到919.41 mW/cm2.该研究表明电场对Nafion膜的结构和性能有明显影响,对外场定向质子交换膜的研究及其对燃料电池性能的提升具有重要意义.

关键词：质子交换膜燃料电池、Nafion膜、电场

所属期刊栏目：47

分类号：TM911

资助基金：国家重点研发计划;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-06-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共4页

页码：591-594