质子交换膜燃料电池的基本结构主要由质子交换膜、催化剂层、扩散层、集流板(又称双极板)组成。聚合物电解质膜被碳基催化剂所覆盖,催化剂直接与扩散层和电解质两者接触以求达到较大的相互作用面。催化剂构成电极,在其之上直接为扩散层。电解质、催化剂层和气体扩散层的组合被称为膜片-电极组件。质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池的主要部件,是一种厚度只为50~180um的薄膜片,其微观结构非常复杂。它为质子传递提供通道,同时作为隔膜将阳极的燃料与阴极的氧化剂隔开,其性能好坏直接影响电池的性能和寿命。燃料电池工作时,燃料和氧化剂由外部供给进行反应。哪里可以查到上海应用所使用Fumatech膜
质子交换膜中的流场结构包括点状流场、网状流场、平行流场、蛇形流场、多孔流场和交指形流场结构。平行流场和蛇形流场都具有良好的供气和排水能力,是目前常用的流场结构。交指形流场反应气体从入孔进入末端封死的流场通道,迫使气体在压力差的作用下经强制对流通过电极内部到达流道出口段,使反应气体到达催化层表面的距离缩短,传质加快,反应速率提高。此外,气体流动的剪切应力易将阴极中聚集的由于电迁移和电化学反应生成液态水带出电极,减少了阴极水淹现象,从而大幅度提高质子交换膜燃料电池性能。但是这种流场在确保反应气体均匀分配方面还存在着问题,且这种流场需要较大的压力降,增加了额外的功率损耗。点状流场、网状流场和多孔流场因反应气体传输和排水能力较差而应用不多。谁能告知凯豪达用哪一款Fumatech膜燃料电池具有组装式结构,安装维修方便,不需要很多辅助设施。
质子交换膜,英文:ProtonExchangeMem—brane,缩写PEM,也叫质子膜或离子交换膜,是一种离子选择性透过的分离功能薄膜。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的关键组件,其作用是分隔燃料和氧化剂、传导质子和绝缘电子,其性能和寿命直接决定电池的性能和寿命。是离子膜法氯碱制造设备主要部件一电解槽的关键材料,其性能直接决定了氯碱的质量与成本。全氟磺酸膜是质子交换膜主流产品。全氟磺酸膜具有化学稳定性和热稳定性好、电压降低、电导率高、机械强度高等优点,可在强酸、强碱、强氧化剂介质和高温等苛刻条件下使用,是目前质子交换膜燃料电池研制与开发中应用较多的质子交换膜,综合性能是其他膜材料所无法比拟的。
复合膜是由均质膜改性而来的,它利用均质膜的树脂与有机或无机物复合使其比均质膜在某些功能方面得到强化。典型的包括:提高机械性能的复合膜。这种复合膜以多孔薄膜(如多孔PT⁃FE)或纤维为增强骨架浸渍全氟磺酸树脂制成复合增强膜,在保证质子传导的同时,解决了薄膜的强度问题,同时尺寸稳定性也有大幅度的提高。提高化学稳定性的复合膜。为了防止由于电化学反应过程中自由基引起的化学衰减,加入自由基淬灭剂是有效的解决办法,可以在线分解与消除反应过程中自由基,提高膜的寿命。双极膜的特点是在直流电场的作用下,阴、阳膜复合层间的H2O解离并分别通过阴膜和阳膜,作为离子源。
提高膜的含水量,可使膜的导电能力增加,但由于膜的溶胀会合螈选择性下降,一般膜的含水量约为20%-40%左右。导电性(膜电阻)一般用电导率或电阻率表示,也常用膜面电阻即单位膜面积的电阻表示。对电阻的表示因用途而异。一般讲,在不影响其他性能的情况下电阻越小越好,以降低电能消耗。膜电阻与膜结构和膜厚度有关,此外还与外界溶液及温度有关。选择透过性反映膜对不同离子的选择透过能力,用离子迁移数(t)和膜的透过度(p)来表示。膜内离子迁移数即某一种离子在膜内的迁移量与全部离子在膜内的迁移量的比值。或者也可用离子迁移所带电量之比来表示。对于理想的离子交换膜,反离子的迁移数为1,同名离子的迁移数为0。实际上由于各种因素的影响,反离子在膜内的实际迁移可能达到1。质子交换膜可以分为全氟质子交换膜、部分氟化聚合物质子交换膜、非氟聚合物质子交换膜、复合质子交换膜。哪里可以查到ITM使用Fumatech膜
离子交换膜是具有离子交换性能的、由高分子材料制成的薄膜。哪里可以查到上海应用所使用Fumatech膜
质子交换膜制作困难、成本高,全氟物质的合成和磺化都非常困难,而且在成膜过程中的水解、磺化容易使聚合物变性、降解,使得成膜困难,导致成本较高;对温度和含水量要求高,膜的较佳工作温度为70~90℃,超过此温度会使其含水量急剧降低,导电性迅速下降,阻碍了通过适当提高工作温度来提高电极反应速度和克服催化剂中毒的难题;某些碳氢化合物,如甲醇等,渗透率较高,不适合用作直接甲醇燃料电池(DMFC)的质子交换膜。为了提高质子交换膜的性能,对质子交换膜的改进研究正不断进行着。哪里可以查到上海应用所使用Fumatech膜
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