金屬離子對SPE膜電極組件電導(dǎo)率的影響

劉應(yīng)嵚，周振芳，馬 強(qiáng)，李 軍

( 中國船舶重工集團(tuán)公司 第七一八研究所，河北 邯鄲056027)

0 引 言

全氟磺酸質(zhì)子交換膜(又稱Nafion 膜)由于其較高的性價優(yōu)勢是目前常用的一種質(zhì)子交換膜(PEM)，被廣泛應(yīng)用于燃料電池和電解等領(lǐng)域。Nafion 膜在其中主要起著質(zhì)子傳導(dǎo)作用，以保證陰陽極反應(yīng)順利進(jìn)行［1］。電導(dǎo)率是衡量PEM 性能的一個重要指標(biāo)，其大小將影響整個設(shè)備的能量輸出及使用效率。影響PEM電導(dǎo)率的因數(shù)有很多，如膜內(nèi)水含量，氟含量，其自身摩爾重量以及外來離子干擾等［2］。電解池的長期運(yùn)行將避免不了系統(tǒng)受到由于設(shè)備內(nèi)緩慢腐蝕或其他方式產(chǎn)生的金屬離子的干擾，其中對膜的影響首當(dāng)其沖。外來金屬離子的存在將使得膜內(nèi)質(zhì)子傳遞過程變得更加復(fù)雜，其影響方式與結(jié)果也難以確定。

電導(dǎo)率數(shù)值大小可直觀有效地反映出膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性能，全氟磺酸膜的微觀結(jié)構(gòu)決定金屬離子的存在將使得膜內(nèi)質(zhì)子傳遞方式及傳遞數(shù)量發(fā)生變化，從而改變膜的電導(dǎo)率大小［3］。目前關(guān)于Nafion 系列全氟磺酸膜的電導(dǎo)數(shù)據(jù)已有較多的文獻(xiàn)報道［4］。但不同于導(dǎo)電金屬材料的電導(dǎo)率測定，導(dǎo)電金屬可通過直流伏安法進(jìn)行直接測量，且測量精度較高。應(yīng)用直流法來直接測量質(zhì)子交換膜的電導(dǎo)率將會產(chǎn)生嚴(yán)重誤差，產(chǎn)生誤差的根源在于載流子的不同，測量過程容易產(chǎn)生電滲現(xiàn)象。大量研究表明以電化學(xué)阻抗為原理的交流測試法可有效降低直流測試方法帶來的誤差，提高測量精度［5］。……