直接甲醇燃料電池(編輯修改稿)
2025-02-02 18:19 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 子的通道。由于這些通道的孔徑較大 ( 4 nm 左右 ) , 在水分子通過的同時 , 甲醇等小分子也容易通過 , 形成甲醇的滲透 , 電池的效率也隨之降低。 它的甲醇滲透率甚至高達 40%。而且由于其價格偏高 , 限制了它在 DMFC 中的使用。因此 , 對 Naf ion210。 膜進 目前針對 Naf io n210。 膜的阻甲醇改性可以分為物理方法和化學(xué)方法兩種。 Nafion 210。 膜的物理改性方法 Hobson 等 [ 3] 使用低能電子束 ( Low do seelect ron beam, EB) 處理 Naf ion210。 膜 , 減小了膜表面層 ( 約 10 Lm) 的孔徑大小 , 從而使 Naf io n210。 膜選擇通過較小的水分子 , 而較大的甲醇分子的傳輸則受到限制 , 從而起 到降低甲醇滲透率的作用。另一方面 , 研究表明 , 低能電子束減少了 Naf ion210。 膜中的親水區(qū) , 對疏水區(qū)則沒有影響 , 而甲醇在膜中的滲透主要是通過親水區(qū)進行 , 如此便達到了降低甲醇滲透率的作用。 從表 1 中可以看出 , 隨著低能電子束劑量的增加 , 甲醇滲透率大大降低 , 當 EB 劑量達到 600LCcm 2時 , 甲醇滲透率降低到原來的 7% 。電導(dǎo)率隨著 EB 劑量的增加先下降 , 接著漸漸趨于一個穩(wěn)定值。 Choi 等使用等離子體刻蝕 Naf io n210。 膜的面 , 增加膜表面的粗糙度 , 增大了催化劑和電解質(zhì)的接 觸面積 , 提高了催化效率 , 同時縮小了 Nafion210。 膜的孔徑大小 , 減少甲醇的滲透。但此方法會造成質(zhì)子傳導(dǎo)能力的下降 , 因此該方法仍需改進。物理方法改性 Naf ion 210。 膜的主要手段是通過改變 Naf ion210。 膜的孔徑大小來降低甲醇向陰極的滲透 , 但通常都是以降低膜的 質(zhì) 子傳導(dǎo)率和電池效率為代價的。因此 , 很多研究學(xué)者便想到以化學(xué)方法來對 Nafion 210。 膜進行改性 , 使其在降低甲醇滲透率的同時又不影響其質(zhì)子傳導(dǎo)率和電池效率。 3． 1． 2 Naf ion210。 膜的化學(xué)改性方法 目前主要使用的 Naf io n210。 膜的化學(xué)改性方法為向 Naf ion210。 膜中添加一定量的高阻醇物來降低甲醇滲透率 , 同時成本也大大降低。 Miyake 等向 N af ion210。 膜中摻雜 SiO2 , 摻雜后的膜吸水能力得到增強 , 同時甲醇的滲透性降低。當 SiO2 的含量達到 20%( w ) 時 , 甲醇滲透速率明顯降低。Jung 等 [ 6] 向 Naf io n210。 膜中添加 PtRu 顆粒。單電池測試表明 , 隨著 PtRu 含量的增加 , 膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率有所減少的同時 , 甲醇滲透率也有所降低。在 30bC 和 45bC 的條件下 , 電池效率分別比使用純 Naf ion 210。 膜的電池高 28% 和 31% 。當 PtRu/Naf ion210。 含量為 0. 05%時 , 電池效率達到最大值。 Liu 等 [ 7] 向 Naf ion 210。 115 膜中添加一定量的聚糠醇 ( PFA) , 結(jié)果發(fā)現(xiàn)Nafion 210。 PFA 復(fù)合膜在室溫下的甲醇滲透率為 1. 72 @ 10 6 mol/ min cm, 質(zhì)子傳導(dǎo)率為 70. 4 mS/ cm。 而 Nafion210。115 膜的甲醇滲透率和質(zhì)子傳導(dǎo)率分別為 4. 66 @ 10 6 mol min 1 cm 1 和 95. 3mS/ cm。盡管改性后的 N af ion210。PFA 復(fù)合膜質(zhì)子傳導(dǎo)率下降了約 26% , 但是由于其降低了接近 3 倍的甲醇滲透率 , Nafio n210。PFA 復(fù)合膜的電池效率仍然要大于 Nafion 210。 115 膜的電池效率。 Uchida 等使用浸漬法將納米級的 Pt 粒子分散在 Naf io n210。 膜內(nèi) , 這樣 , 從陽極滲透過來的甲醇就在 Nafion 210。 中的 Pt 上的活性位置與陰極滲透過來的 O2 發(fā)生反應(yīng) , 這樣便避甲醇滲透到陰極 , 比較明顯地增加了陰極電勢。但此種方法也有一定的缺點 , 就是在甲醇進 量較大時 , 該方法的阻醇效果并不明顯 , 可能是因為在進樣量較大時 , 甲醇的滲透速率遠遠大于甲醇在 Naf io n210。 膜中 Pt 上的催化速率 , 甲醇在膜中還來不及反應(yīng)就已經(jīng)滲透到陰極。 Jiang 等使用 layerbylayer ( LbL) 方法制備基于 Nafio n210。 膜的復(fù)合質(zhì)子交換膜。他們將 Naf ion210。 膜交替浸漬在聚陽離子和聚陰離子電解質(zhì)溶液中 , 在其表面包覆上一層或數(shù)層 PPDAPSS、 PDDAPAZO 的復(fù)合膜 ( 圖 2) 。 圖 3 表示了此復(fù)合質(zhì)子交換膜阻止甲醇滲透的原理。由于甲醇 主要通過Nafion 210。 膜上的親水區(qū)來進行滲透。當膜表面覆上了幾層復(fù)合電解質(zhì)膜后 ,甲醇不容易進入 Nafion210。 膜 , 因此也不容易滲透。同時 , 更重要的是 , 與其他改性方法相比 , LbL 方法表現(xiàn)出其它方法所沒有的優(yōu)點 : 對 Nafion 210。 膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率以及化學(xué)和熱穩(wěn)定性影響較小。研究表明 : 隨著 PPDAPSS、 PDDAPAZO 復(fù)合膜層數(shù)的增加 , 其極限甲醇滲透電流越低。要得到最大的電池效率 , 就需要在甲醇滲透率和質(zhì)子傳導(dǎo)率之間找到一個平衡值 , 或者可以選擇更合適的電解質(zhì)膜來進行 layerbylayer 的組裝 , 使質(zhì)子傳導(dǎo)率的降低減小到最小程度。這種 lay erby lay er 復(fù)合多層膜方法提供了解決 DMFC 中甲醇滲透問題的一個潛在的十分有效的手段。然而 , 要優(yōu)化 layerbylayer 自組裝方法中的聚合物之間的相互關(guān)系和了解聚陽離子與聚陰離子之間的相互作用對質(zhì)子電導(dǎo)率之間的影響 , 還有很多工作要做。 不管是通過物理還是化學(xué)方法對 Nafion 210。 膜行改性 , 在降低甲醇滲透率的同時都不約而同地降低的質(zhì)子傳導(dǎo)率 , 這對提高電池效率是極為不利的。因此 , 要想從根本上解決甲醇滲透問題 , 必須從電解質(zhì)膜材料的研制入手 , 要制備出低甲醇滲透率和高質(zhì)子傳導(dǎo)率的新型電解質(zhì)膜。 4DMFC的主要應(yīng)用 和發(fā)展 DMFC主要生產(chǎn)商的最新發(fā)展狀態(tài) 目前 , 全球很多消費類產(chǎn)品的公司都在致力于甲醇燃料電池的研發(fā)工作 , 如東芝、 NEC、富士通、松下、夏普、三星、索尼、三洋、日立、 LG、 BYD等公司 , 而目前市場上采用甲醇
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