离子交换膜与其电化学应用-研究生-2013.ppt

电化学过程中的离子交换膜TelEmail： ; Contents Examples of Electrochemical process 1.1 Chemical Batteries 1.2 Fuel Cells 1.3 Hydrogen pump/reactor Ion exchange membranes 2.1 Characteristics 2.2 Preparation;关注电化学过程中的两类电池隔膜 （1）非传递性膜 隔开阴、阳两极 （2）离子交换膜 隔开阴、阳两极电解质，传导功能离子;一次电池;锂电池（属于二次电池）;隔膜;超级电容器（新型储能器件） 双电层 赝电容;Redox flow battery（液流电池，属于二次电池，大规模储能）;采用阴、阳离子交换膜，传递的离子种类不同 阳离子交换膜 阴离子交换膜;1.2 燃料电池（Fuel Cell，FC）;酸、碱性条件下工作的燃料电池;直接甲醇燃料电池（DMFC）;*;微生物燃料电池Mcrobial Fuel Cell (MFC) Single chamber reactor;1.2 Fuel Cell;Operating Temp. (K) 303-353 373-493 253-373 923-1123 973-1273 ;燃料电池组件---单电池;燃料电池组件---电堆;GE PEM fuel cell from Gemini 7;Fueling NECAR 4 from hydrogen station;21;Miniature PEM Fuel Cells;Comparison of Chemical Battery;液流电池、超级电容器：充电容量约~20Wh/L;火电：化学能 热能 机械能 电能;燃料电池发电与火力发电污染比较;1.3 Polymer Electrolyte Hydrogen Pump (PEHP) 电化学氢泵 是一种电化学装置； 可采用燃料电池的成套装置。;Polymer Electrolyte Hydrogen Pump Reactor (PEHPR) 电化学氢泵反应器 电化学反应装置， 高选择性、原位供氢、常压反应、绿色可持续、加氢反应与电能共生 ;Polymer Electrolyte Hydrogen Pump Reactor (PEHPR) 电化学氢泵反应器 电化学反应装置， 高选择性、原位供氢、常压反应、绿色可持续、加氢反应与电能共生 ;化学品与电能共生 直接醇燃料电池反应器;丙烯醇加氢—与电共生;H2 ;*;2.1 Characteristics;Nafion212/SiO2 Higher performance at 100C;On Pt/C HOR:10mV, ORR: 59mV;Electrochemistry Fundamentals Reversible potential of FC For an electrochemical reaction: Gibbs free energy is obtained: Electrical work done through this reaction: Thus:;For H2/O2 FC;For liquid water,;直接甲醇燃料电池，其总的反应式：;液流电池的充放电曲线;液流电池的充放电曲线;Ohmic Resistance 离子交换膜的重要性能指标，直接影响电池工作效率； 燃料电池包括膜电阻(主要)、膜与电极(MEA)接触电阻； 液流电池与膜电阻及电解液电阻相关 其中，膜电阻常成为主要影响因素;Ohmic Resistance 表征参数有： 电导率(σ，proton conductivity, S/cm)； 面电阻（Ωcm2）;取代度（Degree of substitution） 指：1摩尔重复（结构）单元中所含的离子传导基团的摩尔数。即为摩尔取代度。 对同一种类的膜，电导率随取代度增加而提高。 重复单元： 结构单元：;离子交换容量（IEC，ionic exchange capacity） 指：1克干树脂所含的离子传导基团的摩尔数。对同一种类的膜，电导率随IEC增加而提高。 当量质量（EW，Equivalent weight） 指：含有1摩尔离子传导基团的干树脂的质量。 对同一种类的膜，电导率随EW 增加而降低。;测定方法 离子交换法 H-NMR;H-NMR;离子交换膜电性能的主要因素2 微观结构;Microphase separation