面向氢空、无增湿操作条件的高保水性质子交换膜的制备与性能

来源：复合材料学报杂志2021年第11期北京时间：

作者：姜永燚, 杨溟洋, 侯明, 刘金玲, 许思传,

摘要：作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一个重要应用场景，开发满足无人机用的低温质子交换膜燃料电池(Low Temperature-PEMFC)正受到越来越多的关注。无人机所采用的PEMFC操作条件比较特殊，作为原料的H₂、空气均为无加湿的干气。针对这一特殊操作条件，需开发相应的具有保水能力的质子交换膜。为此，首先合成了一种具有高保水性的高分子树脂(PAAAM)，将其加入Nafion溶液中混合均匀，利用溶液浇铸法制膜，探索并优化了PAAAM的加入量；随后，对保水复合膜进行了FTIR、SEM、质子传导率、保水性、溶胀率、拉伸强度、热失重性能等表征，并进行电池输出性能测试；最终结果表明：Nafion系质子交换膜在原料为干空气、干H₂的条件下，最适宜的操作温度区间为50~55℃。当PAAAM加入量为1.0wt%时，Nafion基复合膜(NFPAM1)具有更优的电池性能。当电池温度55℃、干燥H₂、空气流量分别为0.1 L·min⁻¹和0.55 L·min⁻¹时，采用NFPAM1复合膜的PEMFC最高功率密度为691 mW·cm⁻²。

关键词：质子交换膜燃料电池, Nafion, 复合膜, 保水, 高吸水树脂,