陰離子交換膜是新型能量轉(zhuǎn)換裝置的重要構(gòu)成部分,其使用性能是否符合要求是新能源電池能否得到商業(yè)化應(yīng)用的基本前提,所以各國(guó)對(duì)陰離子交換膜的研究爭(zhēng)先恐后,相繼開發(fā)出具有不同結(jié)構(gòu)、應(yīng)用于不同類型電池的電解質(zhì)隔膜。我國(guó)中科院化物所及各高校也紛紛加大了電池及其膜材料的研究力度,近年來也取得了一定成果,這也是我國(guó)新能源技術(shù)研究與利用的重要組成部分。離子交換膜燃料電池也稱聚合物電解質(zhì)燃料電池或質(zhì)子交換膜燃料電池。正、負(fù)極均用載鉑的催化劑電極材料直接壓在膜的兩邊,形成所謂“零間隙”,電池結(jié)構(gòu)緊湊。由于使川鉑作電催化劑,可在4}一6I1℃工作。離子交換膜應(yīng)有良好的離子導(dǎo)電能力,耐氧化,穩(wěn)定性好并能防止氣體穿透,常用全氟磺酸型漠,但價(jià)貴。燃料電池具有組裝式結(jié)構(gòu),安裝維修方便,不需要很多輔助設(shè)施。Fumatech膜型號(hào)
離子交換膜可裝配成電滲析器而用于苦咸水的淡化和鹽溶液的濃縮。電滲析裝置的淡化程度可以達(dá)到—次蒸餾水純度。離子交換膜也可應(yīng)用于甘油、聚乙二醇的除鹽,分離各種離子與放射性元素、同位素,分級(jí)分離氨基酸等。此外,在有機(jī)和無機(jī)化合物的純化、原子能工業(yè)中放射性廢液的處理與核燃料的制備,以及燃料電池隔膜與離子選擇性電極中,也都采用離子交換膜。離子交換膜在膜技術(shù)領(lǐng)域中占有重要的地位,它對(duì)仿生膜研究也將起重要作用。Fumatech膜型號(hào)雙極膜亦稱雙極性膜,是特種離子交換膜,它是由一張陽(yáng)膜和一張陰膜復(fù)合制成的陰、陽(yáng)復(fù)合膜。
燃料電池是一種直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。從理論上來講,只要連續(xù)供給燃料,燃料電池便能連續(xù)發(fā)電,已被譽(yù)為是繼水力、火力、核電之后的第四代發(fā)電技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)有1、發(fā)電效率高:燃料電池發(fā)電不受卡諾循環(huán)的限制。理論上,它的發(fā)電效率可達(dá)到85%~90%,但由于工作時(shí)各種極化的限制,目前燃料電池的能量轉(zhuǎn)化效率約為40%~60%。若實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供,燃料的總利用率可高達(dá)80%以上。2、環(huán)境污染小:燃料電池以天然氣等富氫氣體為燃料時(shí),二氧化碳的排放量比熱機(jī)過程減少40%以上,這對(duì)緩解地球的溫室效應(yīng)是十分重要的。另外,由于燃料電池的燃料氣在反應(yīng)前必須脫硫,而且按電化學(xué)原理發(fā)電,沒有高溫燃燒過程,因此幾乎不排放氮和硫的氧化物,減輕了對(duì)大氣的污染。
質(zhì)子交換膜的MEA是發(fā)電機(jī)的重要部分,是影響發(fā)電機(jī)性能、能量密度分布和工作壽命的關(guān)鍵因素。高氣體滲透性,反應(yīng)區(qū)必須透氣。催化劑分布均勻,與氣體分子接觸良好。氣體所到之處需要有催化劑粒子,即催化劑必須分布在能接觸到氣體分子的表面。高質(zhì)子傳導(dǎo)性。催化劑必須與陽(yáng)離子交換膜接觸,以保證反應(yīng)產(chǎn)生離子的順利通過。高導(dǎo)電性為有利于電子轉(zhuǎn)移,作為催化劑載體的炭黑導(dǎo)電性要高,因催化劑不能連成片(必須有很大的催化活性表面才能提高催化反應(yīng)速度,而片狀金屬表面積小),難以作為電導(dǎo)體。因此,催化劑粒子上反應(yīng)產(chǎn)生或需要的電子必須通過導(dǎo)電性物質(zhì)與電極溝通。催化劑的穩(wěn)定性要好,高分散、細(xì)顆粒的Pt催化劑表面自由能大,很不穩(wěn)定,需要摻入一些催化劑以降低其表面自由能,或者摻入少量含有能與催化劑形成化學(xué)鍵或弱結(jié)合力元素的物質(zhì)。離子交換膜在液流儲(chǔ)能電池、堿性陰離子交換膜燃料電池等方面的應(yīng)用也得到關(guān)注和研究。
質(zhì)子交換膜制作困難、成本高,全氟物質(zhì)的合成和磺化都非常困難,而且在成膜過程中的水解、磺化容易使聚合物變性、降解,使得成膜困難,導(dǎo)致成本較高;對(duì)溫度和含水量要求高,膜的較佳工作溫度為70~90℃,超過此溫度會(huì)使其含水量急劇降低,導(dǎo)電性迅速下降,阻礙了通過適當(dāng)提高工作溫度來提高電極反應(yīng)速度和克服催化劑中毒的難題;某些碳?xì)浠衔?,如甲醇等,滲透率較高,不適合用作直接甲醇燃料電池(DMFC)的質(zhì)子交換膜。為了提高質(zhì)子交換膜的性能,對(duì)質(zhì)子交換膜的改進(jìn)研究正不斷進(jìn)行著。質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送提供通道,使得質(zhì)子可以經(jīng)過膜向外界提供電流。Fumatech膜型號(hào)
雙極膜按宏觀膜體結(jié)構(gòu)分可分為異相雙極膜和均相雙極膜。Fumatech膜型號(hào)
離子交換膜的性能是多方面的,必須根據(jù)膜的電化學(xué)性能、化學(xué)性能和物理力學(xué)性能對(duì)膜進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析。一般商品膜常提供以下性能指標(biāo)。1、交換容量交換容量是離子交換膜的關(guān)鍵參數(shù),其單位為mmol/g。一般交換容量高的膜,選擇透過性好,導(dǎo)電能力也強(qiáng)。但是由于活性基團(tuán)一般具有親水性,因此當(dāng)活性基團(tuán)含量高時(shí),膜內(nèi)水分與溶脹度會(huì)隨之增大,從而影響膜的強(qiáng)度。有時(shí)也會(huì)因膜體結(jié)構(gòu)過于疏松,而使膜的選擇性下降。一般膜的交換容量約為2-3mmol/g。2、含水量指膜內(nèi)與活性基團(tuán)結(jié)合的內(nèi)在水,經(jīng)每克干膜所含水的克數(shù)表示(%)。的含水量與其交換容量和交聯(lián)度有關(guān),如上所說,隨著交換容量提高,含水量增加。交聯(lián)度大的膜由于膜結(jié)構(gòu),含水量也會(huì)相應(yīng)降低。Fumatech膜型號(hào)
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