1、質(zhì)子交換膜燃料電池,姓名：魏靜 學(xué)號(hào)：112030377 專業(yè)：化學(xué)工藝,主要內(nèi)容,研究背景,優(yōu)點(diǎn)：效率高、環(huán)保、方便、可連續(xù)工 作等。 缺點(diǎn)：生產(chǎn)成本高（主要）和儲(chǔ)氫困難,質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)組成： 膜電極（核心）和雙極板 膜電極包括質(zhì)子交換膜、陰/陽(yáng)極催化層、陰/陽(yáng)極平整層、陰/陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層。,質(zhì)子交換膜燃料電池基本原理： 陽(yáng)極： 2H2 4H+ + 4e 陰極： O2 + 4H+ + 4e 4H2O 總過(guò)程： 2H2 + 2O2 2H2O,質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理,催化劑,研究?jī)?nèi)容,雙極板,質(zhì)子交 換膜,催化劑,催化劑必須具備的特點(diǎn)：電催化活性高、比表面積高、導(dǎo)電性能好

2、、穩(wěn)定性能好、適當(dāng)?shù)妮d體等。,催化劑合成方法,目前催化劑的合成方法主要有：浸漬法、膠體法、醇還原法、間歇微波加熱法、離子交換法。,催化劑,PEMFC所使用的催化劑材料有碳載鉑基催化劑和非鉑催化劑。,Nanjing university of science & technology,Pt/C 催化劑,耐酸耐堿，性能穩(wěn)定，活性高，可回收利用。,價(jià)格昂貴，作為陽(yáng)極催化劑易CO中毒。,Pt-Ru/C合金催化劑是目前PEMFC中最具有代表性的，它不僅降低催化劑成本，且具有較為成熟的抗CO中毒性。,質(zhì)子交換膜（PEM）,用作PEM的材料應(yīng)滿足以下條件： 良好的離子導(dǎo)電性，材料的分子量充分大，水分子在膜中

3、的電滲透性小，氣體在膜中的滲透盡可能小，電化學(xué)穩(wěn)定性好，干濕轉(zhuǎn)換性能好，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，可加工性好，價(jià)格適當(dāng)。,質(zhì)子換膜是PEMFC的關(guān)鍵技術(shù)，目前主要使用Nafion膜。Nafion膜即全氟型磺酸膜，是由碳氟主鏈和帶有磺酸基團(tuán)的醚支鏈構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)頗似聚四氟乙烯，具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性以及很高的質(zhì)子導(dǎo)電性。,全氟型磺酸膜結(jié)構(gòu),由于Nafion膜在低濕或高溫下電導(dǎo)率低而且價(jià)格昂貴，研究者對(duì)Nafion膜進(jìn)行了改進(jìn)性的研究。,目前研究的全氟磺酸膜替代膜主要有聚苯并咪唑、聚醚砜、聚苯醚酮、聚膦腈、全蒸發(fā)膜、磺化聚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯接枝復(fù)合膜等。,磺化聚苯醚酮具有價(jià)格低廉和熱穩(wěn)定性較好的特點(diǎn)且具有

4、一定的阻醇性能。聚苯醚酮也具有一系列的優(yōu)點(diǎn)其在室溫下的電導(dǎo)率較高并且受溫度的影響不大。,雙極板,雙極板材料應(yīng)具有以下特點(diǎn)：有良好的阻氣功能，導(dǎo)電、導(dǎo)熱功能好，抗腐蝕性強(qiáng)，質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，適于批量加工。,目前質(zhì)子交換膜燃料電池廣泛采用的雙極板有石墨板、金屬板和復(fù)合雙極板三種類型。,雙極板種類,石墨板優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、質(zhì)量穩(wěn)定、成本低。 缺點(diǎn)：生產(chǎn)過(guò)程中需要嚴(yán)格控溫。,金屬板優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)電及傳熱性能好、氣體 透過(guò)性差、加工過(guò)程簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：耐腐蝕性能差。,復(fù)合雙極板綜合了純石墨和金屬的優(yōu)點(diǎn)，具有耐腐蝕性、體積小、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，是發(fā)展的趨勢(shì)。,發(fā)展前景,PEMFC具有高效穩(wěn)定、方便、環(huán)境友好等突出優(yōu)點(diǎn)，隨著大規(guī)模的開(kāi)發(fā)投入，制約燃料電池應(yīng)用的最大障礙-成本，將隨著產(chǎn)業(yè)