复合型阴离子交换膜的制备及性能研究(2)

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3.5 离子传导率 17

3.6 机械强度 18

结论 19

致谢 20

参考文献 21

1 引言

环境与能源问题在21世纪备受人类社会的关注。相应地，环境恶化和能源短缺已成为制约人类经济社会可持续发展的重要因素。因而，开发新能源、引入新技术成为解决环境与能源问题的重要突破点。现下，电力在天然气、燃煤、石油等众多能源中，是较为理想的清洁能源。而燃料电池发电技术是继火力发电、原子能发电之后的一种较为新型的发电技术。国内外的科学家们已开始关注这种新型的发电技术，也正进行着积极地探索与研究。[1-2]

1.1 燃料电池

燃料电池(fuel cell)是近年来发展快速，并逐步得到应用的一项新能源技术[2]。作为一种新型高效清洁能源，其在发电站、移动电站、微型电源和动力源等方面均得到了广泛的应用。燃料电池是一种直接将化学能高效地转化为电能的发电装置。不同于火力发电等，储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接被高效、环境友好地转化为电能，清洁而高效。[3]

1.1.1 燃料电池的工作原理

燃料电池的发电原理与化学电源一样，电极为电子转移提供场所，燃料如氢在阳极失电子被催化氧化，氧化剂如氧在阴极得电子被催化还原；电解质将阴阳极分开，导电离子在电解质内迁移，电子从阳极转移至阴极，通过外电路作功，因此构成电的回路。

与化学电源不同，燃料电池的燃料和氧化剂是储存在电池外的储罐中。当电池发电时，燃料和氧化剂连续不断地被送入电池内，反应后的产物排出，以维持燃料电池的连续稳定运行。同时需排除废热，以维护电池工作温度的恒定。[2]

1.1.2 燃料电池的特点及其分类

燃料电池这种新型的发电技术，有较高的能量转换效率，其污染小、噪音低、结构简单,易于建设，燃料的来源也很广，发电效率受负载变化的影响也小。[3]

燃料电池，按照燃料处理方式的不同,可分为直接式、间接式和再生式；按照工作温度的不同,可以分为高温、中温、低温3种类型；按照使用电解质的不同,可分为5大类:碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池( PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、高分子电解质膜燃料电池( PEMFC)。其中PEMFC又可分为质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cells，PEMFCs）和阴离子交换膜燃料电池（Anion Exchange Membrane Fuel Cells，AEMFCs）。[3]

1.2 阴离子交换膜燃料电池

阴离子交换膜燃料电池，是一种高分子聚合物燃料电池。高分子聚合物燃料电池以固体高分子膜为电解质[2]，其中，电化学催化剂及离子交换膜一起构成膜电极组件。电化学反应在该组件上进行，而离子交换膜起到了传递离子的作用。在高分子聚合物燃料电池系统中，该膜电极组件起着非常重要的作用。

1.2.1 阴离子交换膜燃料电池的工作原理

阴离子交换膜燃料电池的工作原理图

反应方程式为：

阳极：2H2+ 4OH- === 4H2O + 4e-

阴极：O2+ 2H2O + 4e- === 4OH-

总反应：2H2+ O2 === 2H2O + Q

阴离子交换膜中电解质起传递OH-的作用。在阳极区通入燃料氢气，随后氢气失去电子被氧化，之后与阴极区传递过来的OH-反应生成水和电子。O2（空气）通入电池系统的阴极区，得到从阳极区传递过来的电子同水发生电化学反应，生成OH-。电池的总反应就是甲醇和O2反应生成水和CO2。在此过程中，燃料中的化学能被分离出来，直接转化为电能。