本文關(guān)鍵詞：燃料電池質(zhì)子拖拽引起的失水現(xiàn)象及增強(qiáng)保濕能力的改性膜研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：當(dāng)前傳統(tǒng)能源石油能源越來越稀少,大量新能源形式涌現(xiàn)出來。這其中就包括了質(zhì)子交換膜燃料電池,燃料電池以其緊湊的結(jié)構(gòu),良好的功率密度,環(huán)境友好的特點吸引了較多眾多企業(yè)的關(guān)注,尤其是汽車,移動電源領(lǐng)域。同時,有關(guān)燃料電池的研究工作也成為了學(xué)術(shù)熱點。但是,燃料電池在運(yùn)行過程中依然有眾多問題,其中隨水含量變化的質(zhì)子交換膜導(dǎo)電率,就是影響燃料電池性能的一個關(guān)鍵因素。為了有效的解決這一問題,本文中對質(zhì)子交換膜中水傳輸機(jī)理進(jìn)行了理論和實驗的研究,并提出了制備含有Pt顆粒的改性膜的方法來改善電解質(zhì)膜的水環(huán)境,達(dá)到降低電阻率,提高性能的目的。文章中主要內(nèi)容分為以下部分:首先,文章中對質(zhì)子交換膜中的水傳輸機(jī)理作了深入介紹和實驗研究,其中第二章通過對燃料電池中物質(zhì)傳輸現(xiàn)象和電荷傳輸現(xiàn)象的整體介紹之后,結(jié)合這兩點引出兼有兩種傳輸?shù)乃畟鬏敩F(xiàn)象,并研究分析了質(zhì)子拖拽現(xiàn)象和擴(kuò)散現(xiàn)象對水傳輸?shù)挠绊?再延伸到質(zhì)子交換膜中的水含量改變之后,對質(zhì)子交換膜高頻阻抗的影響,完整地刻畫了第三章中實驗部分的理論基礎(chǔ)。第三章中通過實驗,確定了燃料電池在電流密度增大的過程中,高頻阻抗變化趨勢。由此先后測試了不同相對濕度環(huán)境下,高頻阻抗和電流密度之間的關(guān)系,通過對水含量的計算考察了這一變化中質(zhì)子拖拽現(xiàn)象的影響。且通過試驗考察了質(zhì)子交換膜的厚度對于高頻阻抗和電流密度之間關(guān)系的影響。在經(jīng)過第二章和第三章的理論和實驗研究之后,第四章和第五章介紹了兩種改善電解質(zhì)膜的保水性能的改性質(zhì)子交換膜,且對兩種膜進(jìn)行了一些列物理特性和單電池性能測試。第四章介紹了機(jī)械攪拌摻雜Pt/C的質(zhì)子交換膜,通過SEM測試,含水率測試,環(huán)境開路高頻阻抗測試確定了它的物理特性與純Nafion質(zhì)子交換膜相似。后通過單電池的測試,發(fā)現(xiàn)在不同的相對濕度環(huán)境下,改性膜的電池性能總要高于純Nafion質(zhì)子交換膜電池,且在環(huán)境相對濕度為65%時,性能改進(jìn)最為突出。第五章介紹了通過機(jī)械摻雜四氨合硝酸鉑的改性膜最終獲得含有原位生長的Pt顆粒的改性膜。同樣通過測試確定了其物理特性與純Nafion質(zhì)子交換膜相似。在電池性能測試中,此類改性膜在不同濕度環(huán)境下的性能也高出Nafion質(zhì)子交換膜電池,但在測試相對濕度范圍內(nèi)沒有找到性能改進(jìn)最佳點。
【關(guān)鍵詞】：水傳輸 高頻阻抗 電流密度 改性膜 燃料電池性能
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 課題背景11-14
• 1.1.1 聚合電解質(zhì)膜燃料電池（PEMFC）12-13
• 1.1.2 其他類型的燃料電池13-14
• 1.2 PEMFC中的水管理及膜中實時水傳輸?shù)难芯?/span>14-17
• 1.2.1 水管理概述14-16
• 1.2.2 膜中的水傳輸現(xiàn)象16-17
• 1.3 改性膜的研究進(jìn)展17-20
• 1.3.1 質(zhì)子交換膜簡介17-18
• 1.3.2 改性質(zhì)子交換膜的研究進(jìn)展18-20
• 1.4 本文工作20-22
• 第二章 燃料電池中的傳輸理論22-30
• 2.1 燃料電池質(zhì)量傳輸模型22-25
• 2.1.1 燃料電池中的對流和擴(kuò)散22-23
• 2.1.2 守恒方程23-25
• 2.2 燃料電池中的電荷傳輸25-27
• 2.2.1 反應(yīng)動力學(xué)模型：Butler-Volmer方程25
• 2.2.2 能斯特方程25-26
• 2.2.3 電荷傳輸26-27
• 2.3 燃料電池水傳輸理論27-29
• 2.3.1 水傳輸現(xiàn)象概述27
• 2.3.2 水在質(zhì)子交換膜的傳輸及影響機(jī)理27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 燃料電池實時高頻阻抗變化機(jī)理的實驗研究30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 實驗部分30-32
• 3.2.1 試劑與原料30
• 3.2.2 實驗儀器30-31
• 3.2.3 MEA的制備及單電池的裝配31
• 3.2.4 測試方法31-32
• 3.3 結(jié)果與分析32-42
• 3.3.1 高頻阻抗與電流密度的函數(shù)對應(yīng)關(guān)系32-35
• 3.3.2 不同濕度環(huán)境下高頻阻抗-電流密度之間的關(guān)系35-37
• 3.3.2.1 陰陽極對稱改變濕度情況下的高頻阻抗-電流密度關(guān)系對比35
• 3.3.2.2 陰極濕度改變對高頻阻抗-電流密度關(guān)系曲線的影響35-37
• 3.3.3 實時高頻阻抗、電流密度和相對濕度之間的數(shù)值關(guān)系建立37-40
• 3.3.4 質(zhì)子拖拽現(xiàn)象對不同厚度的質(zhì)子交換膜的電池性能影響分析40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 Pt/C改性的質(zhì)子交換膜的制備及應(yīng)用43-55
• 4.1 序言43
• 4.2 實驗部分43-46
• 4.2.1 膜的制備43-44
• 4.2.2 膜的厚度測試44
• 4.2.3 膜的交流阻抗測試44-45
• 4.2.4 膜的含水率測試45
• 4.2.5 電池的制備及測試45-46
• 4.3 結(jié)果與分析46-54
• 4.3.1 摻雜了 Pt/C 的 Nafion~(?)改性膜的物理特性46-50
• 4.3.2 單電池的性能分析50-53
• 4.3.2.1 無摻雜的 Nafion~(?)膜和摻雜 Pt/C 的改性膜各自在不同相對濕度下的性能對比50-51
• 4.3.2.2 不同電池環(huán)境相對濕度下性能曲線對比51-53
• 4.3.3 單電池高頻阻抗的變化53-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第五章 鉑鹽改性的 Nafion~(?)膜在燃料電池中的應(yīng)用55-62
• 5.1 序言55
• 5.2 實驗部分55-57
• 5.2.1 基于[Pt（NH_3）](NO_3)_2(四氨合硝酸鉑)的鉑納米顆粒改性膜制備55-56
• 5.2.2 測試評估56-57
• 5.3 結(jié)果與分析57-61
• 5.3.1 四氨合硝酸鉑的物理特性57-58
• 5.3.2 單電池性能對比58-61
• 5.3.2.1 四氨合硝酸鉑改性膜裝配的單電池的不同相對濕度性能變化59
• 5.3.2.2 四氨硝酸合鉑改性膜與純 Nafion~(?)膜不同相對濕度下電池性能對比59-60
• 5.3.2.3 單電池高頻阻抗的變化60-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 第六章 結(jié)論與展望62-64
• 6.1 結(jié)論62-63
• 6.2 展望63-64
• 致謝64-65
• 碩士期間研究成果65-66
• 參考文獻(xiàn)66-73

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