SPE水电解用Nafion<'R>/PTFE复合膜和CCM的制备及工艺优化

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当今世界化石能源日益枯竭以及全球环境问题日益严重,为利用可再生能源实施可持续发展战略,清洁能源尤其是氢能源越来越受到重视。电解水是非常成熟的制备高纯氢和氧的技术,固体聚合物电解质(SolidPolymerElectrolyte)水电解技术,简称SPE水电解技术,由于具有环境友好、清洁、效率高、纯度高等优点,发展潜力巨大,近年来受到各国的普遍重视。 本论文的研究工作主要包括固体聚合物电解质(SPE)水电解用Nafion(R)/PTFE复合膜和其膜电极(CCM)制备工艺优化及其性能研究两个方面。 固体聚合物电解质(SPE)膜是SPE水电解池的关键材料之一,起着传导质子和分隔阴阳气室的双重作用。采用溶液浇铸法制备Nafio(R)/PTFE复合膜,测试了复合膜的含水率、尺寸稳定性、机械强度和质子电导率,并首次将其应用到SPE水电解中。所得Nafion(R)/PTFE复合膜比商业化的Nafion(R)112膜有较好的尺寸稳定性和机械强度。 膜与电催化剂组成的膜电极(CCM)是SPE水电解池的核心。发明一种新型的固体聚合物电解质水电解用膜电极的制备方法,在催化层中使用Nafion树脂作为粘合剂和质子导体,采取在复合膜(较高结晶度)的两侧喷涂催化层,使膜与催化层内共有的固体聚合物电解质(Nafion树脂)经过共同结晶达到膜与催化层的一体化,以解决电解水过程中由于气体冲刷产生的膜与电极之间的剥离分层问题。通过实验优化CCM制备工艺的参数,包括复合膜与催化层共同结晶的时间和配制催化剂的溶剂。并研究了不同厚度复合膜和电解池操作温度对SPE水电解池性能的影响。
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