张跃兴等：新型燃料电池电解质材料的制各及研究 新型燃料电池电解质材料的制备及研究+ 张跃兴1，胡琳娜1，彭会芬2，郭振华3 (1．河北工业大学化工学院，天津300130；2．河北工业大学材料科学与工程学院，天津300130 3．河北工业大学能环学院，天津300130) 摘要： 采用溶胶．凝胶法制备燃料电池电解质材料， 并记录溶胶形成的时间。将锥形瓶中的溶胶移入坩埚 用zaIlnerElekⅡik D讧6e型电化学工作站对所制备的材 中，放入恒温干燥箱中陈化。将得到的凝胶在150℃下 料进行质子传导性能测试．探讨了原料配比对凝胶时间 恒温处理5h。用玛瑙研钵将热处理过的凝胶研磨成粉 及质子传导性能的影响。用x射线衍射、Dsc-TGA、状。以凝胶粉与聚乙烯醇的质量比10：l混合，将混合 MAs．NMR等对所制备的电解质材料进行了表征，探讨物在玛瑙研钵中研磨30IIlin，然后取适量的样品用压片 了其在中温、低湿条件下保持高传导性能的机理。 关键词： 溶胶-凝胶法；燃料电池；电解质：质子传导性 线，在样品的两端涂抹导电银浆，放入烘箱烘干，重复 中图分类号：1M9ll 文献标识码：A 3次。用zahner 文章编号：100l-973l(2007)增刊．1489—03的材料进行导电性能测试。 2．2性能表征 l引言 x’PertMPDx射线仪对凝胶粉 x．Raw采用PlliⅡps 燃料电池是一种直接将燃料和氧化剂中的化学能 通过电化学反应转化为电能的高效发电装置，具有能量 转化率高、安全可靠、环保等优点，因而成为目前研究 的热点。燃料电池电解质的质子传导性对燃料电池的性 用美国ⅥIri锄公司生产的mfillitvPlus300wB固体核磁 共振谱仪，H通道去耦的单脉冲程序，探头4．0ⅡⅡ，样 能至关重要，因此，研究中温、低湿条件下燃料电池电 解质的质子传导性能具有重要的理论和应用价值。 品转速10k}k。 2实验 3结果与讨论 3．1 乙醇用量对实验结果的影响 2．1实验方法 正硅酸乙醋在水中的溶解度非常小，但能溶于乙醇 向锥形瓶加入一定量的正硅酸乙酯、无水乙醇，搅 拌均匀后再加入已配好的稀盐酸溶液：置于磁力搅拌器 中，因此用乙醇作溶剂，形成三元互溶体系，以有利于 水解和缩聚反应的进行。乙醇用量对实验结果的影响见 上搅拌10IIIin：向其中滴加一定量的磷酸，将锥形瓶塞 表1。 上塞子，连续搅拌3h后，移入50℃恒温水浴中，观察 表1 乙醇用量对实验结果的影响 1：4：4：1 1：6：4：l 1：8：4：11：IO：4：ll：12：4：1 TEos：EtOH：H20：H3P04 凝胶所需时问(h) 3．75 5．67 10 11 20 电导率(s／cm) 5．49804 7．89804 6．09E．03 234B．04 1．97E．05 由表l可知，随着乙醇用量的增加，材料的电导率 3．2水的用量对实验结果的影响 不断增加，EtOH(乙醇)厂rEOs(正硅酸乙酯)为8水的用量对实验结果的影响如表2所示。 时，电导率出现一个最大值。之后随着乙醇用量的增加 不断减小。这可能是由于随着乙醇用量的增加，使正硅 酸乙酯能充分溶解，进而水解形成较多的si—o—P一 出现一个最大值。之后随着水量的增加不断减小。 0H键，而含有此键的结构单元能提高水分子在磷硅酸 H20厂rEos≤4时，随着水量增加，凝胶所需时间缩短， 盐凝胶中的保留率…，因此，材料的电导率较高。Kaiyun App下载 全站正硅 这可能是由于水量少，水不能保证TEOs足够水解，因 酸乙酯水解的产物之一是乙醇。随着乙醇用量的增加， 此正硅酸乙酯分子被水解的烷氧基团少，水解速度缓 过量的乙醇会抑制水解和缩聚速率，并起稀释作用，使 慢，部分水解的正硅酸乙酯开始缩聚，脱去的水分子可 凝胶所需时间增加。 以补充水解所需要的水量，同时促进了缩聚，从而加快 ·收到稿件日期：2007．08．02 通讯作者；张跃兴 作者简介；张跃兴(1983一)，男．河北邯郸人．在读硕士，师承胡琳娜教授，研究方向为精细无机化学品合成及新工艺开发。 !!垫 丝 丝 丝 盐 !!!!生塑型!塑!鲞 联加强，形成颗粒状聚集体，并最终形成凝胶。缩聚仅 了水解和缩聚的速度。当H20厂rEos6时，随着水量的 增加，凝胶所需时间延长。这是因为水量的增加有利于 在颗粒内部进行，颗粒问较少聚合，同时水解生成的醇 水解的进行，但是不利于缩聚，此时TEOs分子水解形及缩聚脱去的水又进一步起到了稀释作用例，因此凝胶 成的si～oH键增加，反应向多维方向进行，短链间交所需时间延长。 表2水的用量对实验结果的影响 1：8：3：l1：8：4：11：8：5：11：8：6：1 l：8：6、5：1 TEOS：Et0H：H20：H3P04 凝胶所需时间(11) 12．58 10 8．58 8 1092 电导率(s，cm) l、38E．03 6．09E一03 3一05 9．83Em7 3．3磷酸用量对实验结果的影响 磷酸用量对实验结果的影响如表3所示。 表3磷酸用量对实验结果的影响 1：8：4：65 l：8：4：O．75l：8：4：11：8：4：1．251：8：4：l5 TEoS：Et0H：H20：I{3P04 凝胶所需时间(h) 24 12 lO 45 3．67 电导率(s蛔n) 1．31E．04 1．77E．03 609E-033．08E_04 3．66E．04 由表3可知：随着磷酸用量的增加，材料的电导率 实验为例，实验结果如表4所示。 不断增加，P厂rEOs=1时电导率最大。之后随着磷酸量 由表4可知，随着水浴温度的提高，凝胶形成的时 的增加而减小。可以推测P，rEOs的最佳比例在1．0左 间明显缩短。主要原因可能在于温度升高有利于缩聚反 右。在中温低湿条件下，磷硅酸盐凝胶保持高传导性是 应发生，同时较高的温度使分子热运动能量增大，提高 由于其中水分子与凝胶基质有良好的亲合力。因为P一 了分子以及小的胶体颗粒相互碰撞的频率，有利于胶体 0H基团是给出质子的基团，所以凝胶中磷的数量是决 微粒间的粘连，从而缩短了成胶时间。另外，材料的电 定传导性大小的一个非常重要的因素…。随着磷酸用量 导率随水浴温度的升高出现先增大后减小，在水浴温度 的增加，口H值下降，凝胶所需时间逐渐减少。 为50℃的凝胶其电导率出现最大值。这说明水浴温度为 3．4陈化温度对实验结果的影响 50℃时制备的凝胶电导率性能最佳。 以TEOS：B田H：H20：地P04=l：8：4：l一组 表4陈化温度对实验结果的影响 成胶温度(℃) 45 50 55 印 70 成胶时间(h) 12 7．75 5．9l 4 2．25 电导率(s，cIn) 3．24E-05 609E．03 2．72E—03 8．99E．04 1．27804 3．5 x射线 Dsc．TGA实验结果 TEOs：EtOH：H20：H3P04=l：8：4：1的凝胶 粉的x射线衍射实验结果见图l，图中fInl+表示加入增 塑剂后的凝胶粉末，frn2’表示电导率测量后的凝胶粉 别在90和190℃附近出现吸热峰，对应物理吸附水和 末。由图1可以看出：材料的结构为非晶态。 结构水的蒸发。说明材料在130℃使用时，内部的结构 水能稳定存在，可以保持材料较高的质子传导性。 TaE TempM¨m，℃ u．，．uc。毫誊，￡_看；ng上． 圈2 DSC．TOA曲线DSC—TGAcurvesoftllemateriaI Fig 2甜l4l 3．7 MAS．NMR实验结果 图l凝胶粉束的x射线衍射图谱 ofthemt耐a1 FiglⅪ∞patterm 的凝胶150℃下加热干燥5h后的31P 张跃兴等：新型燃料电池电解质材料的制各及研究 图。在10‘6时能看到一个很强的由独立正磷酸引起的峰 4结论 Qo单元，在一10×l旷处出现类似si—o—P及P—o— P结构的由带氧桥的浓缩磷酸Q1单元引起的峰。在 (1)应用溶胶．凝胶法制备燃料电池用质子传导材料 一3．1×10。和一4．4×l矿处可观察到带3个桥氧的03 8：4：I；搅拌时间为3h；陈化温度为50℃，陈化时间 单元和充分浓缩的Q4单元。文献[1】认为像si—o—P —oH这样的带桥氧的结构单元能提高水分子在磷硅酸 为7d；热处理温度为150℃，时间为5h。 盐凝胶中的保留率，从而在中温低湿环境中改善凝胶的 (2)x射线衍射实验结果表明材料为非晶态结构。 质子传导性。 130℃使用时，内部的结构水能稳定存在。因此，制备 的电解质材料具有较高的质子传导性。 参考文献： AtslllIoriM粕uda’Taka0 【1】 K■nzaki，I(iyohanl State a1．【J】．S01id 【2】 王丽秋，刘丽萍，朱彩云，等．【J】．齐齐哈尔师范学院学 报，1997，17(4)：40_42． 【3】 王若利，邱国民，张克铮．[J】．辽宁石油化工大学学报， 2006，26(1)：30_33． 图3 MAs—NMR谱图 3MAS-NMRofthemateria Fig pa仳m andresearchofnewfuelceIls material eIectrolyte Preparation pmton ZHANGYue-xin立1，HULin．nal，PENGHui．fc一，GUOZhen—hua3 (1．college 300130，C11ina； ofMaterialsscience蚰d 300130，China； 2．c01lege Engineering，HebeiunivershyofTechn0109y，Ti胁jill 3．coll帚gc Env岫nment 300130，China) ofE眦gy锄d Techn0109y，HcbeiUniversityofTechnology，Ti刨in fuel ofme Abstnct：A wasuscdto me ceUs s01-geltechnique synmesize ek扛01”ematefial，t11eprotoncondu甜vity m砷嘶alw强researchcdZatlner IM6eElectroche蚰calWorkstadonTheeffectsofra石oof svnmesized bv Elektrik was materialsonthe dmeand werestlldied．Itcharacterized conducnvity by gelatinizanonproton MAs*NMRandso the of inmiddle alldlow on，柚d pdncipletlighprotonconducnv“y temperature discussed． Keywords：soI-窖el：fuelcells；妇trolyte；pmtonconductivity

　　2、成为VIP后，下载本文档将扣除1次下载权益。下载后，不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们。

　　3、成为VIP后，您将拥有八大权益，权益包括：VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。

　　4、VIP文档为合作方或网友上传，每下载1次， 网站将根据用户上传文档的质量评分、类型等，对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。Kaiyun App下载 全站上传文档

　　数据中心技术培训考试试题及答案（非常全面详细，值得学习）jinhanwang.pdf

　　在线网课学习课堂《信息检索与科技写作( 理大)》单元测试考核答案.docx

　　原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者开云体育 kaiyun.com 官网入口开云体育 kaiyun.com 官网入口开云体育 kaiyun.com 官网入口