Nafion/磷酸化TiO2納米管復合質子交換膜

劉云龍，吳　斌，王阿康，王宇新

質子交換膜燃料電池(PEMFC)作為一種新能源技術受到廣泛的關注。它可以將儲存在反應物中的能量直接轉化為電能，被認為是“21世紀最理想的發電技術”之一［1］。PEMFC不僅具有能量轉化率高、環保的特點，同時還具有低溫快速啟動、水容易排出、電解液不流失、比能量高等特點［2］。因此，它特別適宜用作可移動電源，是電動汽車和潛艇等的理想電源之一。質子交換膜是PEMFC的關鍵部分，能起到分隔燃料和氧化劑以及傳遞質子的作用［3］。Nafion全氟磺酸膜因具有良好的熱穩定性、化學穩定性以及較高的質子導電率被廣泛應用于PEMFC中［4］。在80℃和100%相對濕度條件下，Nafion 膜的質子導電率可達 0.10 S·cm－1以上［5］。然而當溫度高于80℃時，Nafion膜將迅速失去水分，質子導電率嚴重下降，電池的工作效率明顯降低［6］。

PEMFC在高于100℃的溫度下工作時具有以下優點:電極具有更好的電化學活性，陰極氧還原反應速度加快，電池的比功率得到提高;催化劑CO中毒效應減輕，CO會吸附在Pt表面造成催化劑的失活，當溫度從80℃升高到130℃，催化劑可容忍的CO濃度將從10×10－6～20×10－6增加到1 000×10－6［7］，因而可以使用經簡單重整的氫氣作為電池燃料，降低燃料的純化成本;反應生成的水以蒸汽的形式排出，因而可以避免電池發生水淹，簡化電池的水管理;電池與環境的溫差大，有利于熱量的排出，簡化電池的熱管理，同時可以更有效地利用余熱;可利用其他催化劑來取代貴金屬Pt，從而降低催化劑的成本［8-9］。目前高溫質子交換膜的研究已受到廣泛關注。……