質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）重量輕、效率高、廢氣排放低,在汽車、固定和便攜式電源等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注,質(zhì)子交換膜是PEMFC中的不可或缺的組分。其中,全氟磺酸膜如Nafion?具有優(yōu)異的化學和物理穩(wěn)定性同時具有高質(zhì)子傳導率,因而被視為最先進的PEMFC之一。然而,成本高、燃料滲透率高以及高溫不可用性限制了Nafion?的應用。磺化聚酰亞胺膜（SPI）作為全氟磺酸膜的替代材料,具有高熱穩(wěn)定性、高機械穩(wěn)定性、低燃料滲透及高質(zhì)子傳導率。然而SPI膜的耐水解穩(wěn)定性較差,高磺化度膜在水中會過度吸水導致溶脹,嚴重影響機械性能。本論文針對SPI性能上的不足,從膜材料的化學結(jié)構(gòu)入手,在SPI的分子主鏈中引入含氟基團,制備系列新型含氟磺化聚酰亞胺薄膜（FPI）,系統(tǒng)研究氟含量對薄膜的熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性、質(zhì)子傳導率、甲醇滲透率以及耐水解穩(wěn)定性的影響規(guī)律。為了保證實驗的可行性,在展開實驗前使用Materials Studio 8.0軟件對不同氟含量的聚酰亞胺進行分子動力學（MD）模擬。構(gòu)建模型,能量和幾何優(yōu)化、動力學平衡以確保模型的可用性,預測不同氟含量的磺化聚酰亞胺的力學性能和質(zhì)子電導率,為試驗提供依... 

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

燃料電池的應用情況

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-3-質(zhì)子交換膜[11]具有傳導質(zhì)子、絕緣電子、阻隔兩級燃料等重要作用，是膜電極中的關(guān)鍵組分。[12]圖1-2PEMFC結(jié)構(gòu)圖以甲醇為燃料的PEMFC我們稱為直接甲醇燃料電池（DMFC）。DMFC具有以下優(yōu)點：（1）甲醇毒性較小；（2）與氫相比，甲醇作為液體容易儲存和運輸；（3）甲醇作為生物再生能源，具有廣泛的應用前景；（4）價格低廉。因此對于便攜式移動應用，DMFC目前被認為是一種很有前途的電源。如圖1-3所示是DMFC的工作原理。圖1-3DMFC工作原理圖在陽極區(qū)，甲醇通過擴散層進入催化層，在催化劑的作用下發(fā)生氧化反應，產(chǎn)生質(zhì)子和CO2。生成的質(zhì)子通過PEM遷移到陰極。陰極區(qū)的氧氣或空氣通過擴散層進入催化層并與從陽極遷移過來的質(zhì)子發(fā)生還原反應產(chǎn)生水。DMFC的反應原理如下：在DMFC的陽極發(fā)生甲醇的氧化反應，其化學表達式如式(1-1)：陽極反應：2CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-（1-1）陰極發(fā)生氧氣的還原反應，其化學表達式如式(1-2)：陰極反應：3/2O2+6H++6e-→3H2O（1-2）

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-3-質(zhì)子交換膜[11]具有傳導質(zhì)子、絕緣電子、阻隔兩級燃料等重要作用，是膜電極中的關(guān)鍵組分。[12]圖1-2PEMFC結(jié)構(gòu)圖以甲醇為燃料的PEMFC我們稱為直接甲醇燃料電池（DMFC）。DMFC具有以下優(yōu)點：（1）甲醇毒性較小；（2）與氫相比，甲醇作為液體容易儲存和運輸；（3）甲醇作為生物再生能源，具有廣泛的應用前景；（4）價格低廉。因此對于便攜式移動應用，DMFC目前被認為是一種很有前途的電源。如圖1-3所示是DMFC的工作原理。圖1-3DMFC工作原理圖在陽極區(qū)，甲醇通過擴散層進入催化層，在催化劑的作用下發(fā)生氧化反應，產(chǎn)生質(zhì)子和CO2。生成的質(zhì)子通過PEM遷移到陰極。陰極區(qū)的氧氣或空氣通過擴散層進入催化層并與從陽極遷移過來的質(zhì)子發(fā)生還原反應產(chǎn)生水。DMFC的反應原理如下：在DMFC的陽極發(fā)生甲醇的氧化反應，其化學表達式如式(1-1)：陽極反應：2CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-（1-1）陰極發(fā)生氧氣的還原反應，其化學表達式如式(1-2)：陰極反應：3/2O2+6H++6e-→3H2O（1-2）


本文編號：3646962