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燃料电池质子交换膜技术发展现状

北极星储能网  来源:新材料产业  作者:刘义鹤 江洪  2019/3/6 10:16:18  我要投稿  

北极星储能网讯:燃料电池是将染料化学能直接转变为电能的电化学反应装置,热电联机效率可达95%以上,同时还具有无噪声、绿色环保、可靠性高、易于维护等优势,被认为是当代最具前景的新型发电技术。质子交换膜燃料电池(PEMFC)利用质子导电材料作为电解质,与普通燃料电池相比,其室温下启动速度快,无电解质流失,具有高的比功率与比能量,因而在分散型电站、可移动电源及航空航天等领域获得了广泛的应用。质子交换膜(PEM)作为燃料电池的核心材料,其性能的高低直接影响燃料电池的稳定性和耐久性。

本文来源:新材料产业 微信公众号 ID:advancedmaterials

一、质子交换膜的分类

根据氟含量,可以将质子交换膜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。其中,由于全氟磺酸树脂分子主链具有聚四氟乙烯(PTFE)结构,因而带来优秀的热稳定性、化学稳定性和较高的力学强度;聚合物膜寿命较长,同时由于分子支链上存在亲水性磺酸基团,具有优秀的离子传导特性。非氟质子膜要求比较苛刻的工作环境,否则将会很快被降解破坏,无法具备全氟磺酸离子膜的优异性能。这几类质子交换膜的优缺点如表1所示。

表1 各类质子交换膜优缺点比较

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全氟质子交换膜最先实现产业化。全氟类质子交换膜包括普通全氟化质子交换膜、增强型全氟化质子交换膜、高温复合质子交换膜。普通全氟化质子交换膜的生产主要集中在美国、日本、加拿大和中国,主要品牌包括美国杜邦(Dupont)的Nafion系列膜、陶氏化学公司(Dow)的Dow膜和Xus-B204膜、3M全氟碳酸膜、日本旭化成株式会社Alciplex,日本旭硝子公司Flemion,日本氯工程公司C系列;加拿大Ballard公司BAM系列膜,比利时Solvay公司Solvay系列膜;中国山东东岳集团DF988、DF2801质子交换膜。主要公司与产品如表2所示。

表2 全球质子交换膜企业与产品

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20世纪80年代初,加拿大Ballard公司将全氟磺酸质子交换膜用于PEMFC并获得成功以来,全氟磺酸膜成为现代PEMFC唯一商业化的膜材料普通全氟化质子交换膜。增强型全氟化质子交换膜主要包括PTFE/全氟磺酸复合膜和玻璃纤维/全氟磺酸复合膜。高温型复合质子交换膜主要包括杂多酸/全氟磺酸复合膜和无机氧化物/全氟磺酸复合膜。全氟磺酸膜的分类详见表3所示。

表3 全氟磺酸膜的分类

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