分散溶剂对PEMFC催化层中超薄Nafion离聚物质子传导的影响

O646; 质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化应用的瓶颈仍然是贵金属催化剂导致的成本问题.然而,目前对于催化层中纳米尺度全氟磺酸离聚物(以Nafion为代表)薄膜中质子传导的问题研究不足,无法完善三相界面的成型规律,进而指导催化层设计.在催化层浆料制备过程中,分散溶剂对Nafion的分散形态有直接影响,可能对催化层成型后附着在催化剂颗粒表面Nafion薄膜的微观结构有潜在影响,进而影响Nafion薄膜的质子传导能力.因此,在本文中利用分子自组装技术模拟催化层离聚物薄膜的聚集过程,于模型基底上制备厚度精确可控的纳米尺度Nafion薄膜,并通过微观测试表征技术探索并建立纳米尺度Nafion离聚...

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Published in物理化学学报 Vol. 38; no. 3; pp. 23 - 32
Main Authors 韩爱娣, 闫晓晖, 陈俊任, 程晓静, 章俊良
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 上海交通大学,教育部动力与机械工程重点实验室,机械与动力工程学院,燃料电池研究所,上海200240 2022
Subjects
质子交换膜燃料电池;催化层;超薄离聚物膜;质子传导;溶剂效应
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ISSN1000-6818
DOI10.3866/PKU.WHXB201912052

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Summary:O646; 质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化应用的瓶颈仍然是贵金属催化剂导致的成本问题.然而,目前对于催化层中纳米尺度全氟磺酸离聚物(以Nafion为代表)薄膜中质子传导的问题研究不足,无法完善三相界面的成型规律,进而指导催化层设计.在催化层浆料制备过程中,分散溶剂对Nafion的分散形态有直接影响,可能对催化层成型后附着在催化剂颗粒表面Nafion薄膜的微观结构有潜在影响,进而影响Nafion薄膜的质子传导能力.因此,在本文中利用分子自组装技术模拟催化层离聚物薄膜的聚集过程,于模型基底上制备厚度精确可控的纳米尺度Nafion薄膜,并通过微观测试表征技术探索并建立纳米尺度Nafion离聚物的微观结构模型,阐明分散溶剂对Nafion薄膜微观结构及质子传导的影响.研究发现Nafion薄膜在纳米尺度下的质子电导率比体相膜的质子电导率低一个数量级,使用介电常数较小的醇类溶剂可以使Nafion薄膜形成更有利于质子传导的微观结构,使Nafion薄膜的质子电导率得到提高.相关研究结果为优化PEMFC催化层结构,改善PEMFC催化层中质子传导问题提供给了依据.
ISSN:1000-6818
DOI:10.3866/PKU.WHXB201912052