Studies on Structure and Performance of Proton Exchange Membranes for PEMFCs

质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池的关键部件，起到传导质子、分隔燃料和氧化剂的双重功能。PEMFC系统中采用的磺酸质子交换膜，其性能和成本一直是人们关注的问题。本文的研究工作主要围绕上述的两个方面展开的。 首先就全氟和部分氟化磺酸膜的质子传导和微观结构进行了研究，确定了几种含氟磺酸膜的微观离子簇结构，验证了EW值对离子簇间距的影响。认为决定质子交换膜传导能力的不是质子的体积浓度而是质子传导率和当量质子传导率，并通过透射电镜(TEM)直观表征了它们的微观结构。 采用溶液-浇注法，把制得的部分氟化磺酸树脂溶液滴加到PTFE多孔膜表面上，部分氟化磺酸溶液依靠重力的作用浸入到多孔膜的孔内来制备SPTFS／PTFE复合膜。该复合膜采用廉价的部分氟化磺酸树脂和PTFE来代替价格昂贵的全氟磺酸膜，可以大大降低质子交换膜成本。PTFE的复合作用还可以提高强度，在湿态时的拉伸强度和水化／脱水过程中尺寸稳定性都比均质膜有所提高，达到或接近Nafion膜性能。另外可以把膜做的很薄，提高电池性能。SPTFS／PTFE复合膜的PEMFC的性能接近或超过商业化的Nafion膜。 对非氟SP..