金屬離子對SPE膜電極組件電導率的影響

劉應嵚，周振芳，馬 強，李 軍

( 中國船舶重工集團公司 第七一八研究所，河北 邯鄲056027)

0 引 言

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

電導率數值大小可直觀有效地反映出膜的質子傳導性能，全氟磺酸膜的微觀結構決定金屬離子的存在將使得膜內質子傳遞方式及傳遞數量發生變化，從而改變膜的電導率大小［3］。目前關于Nafion 系列全氟磺酸膜的電導數據已有較多的文獻報道［4］。但不同于導電金屬材料的電導率測定，導電金屬可通過直流伏安法進行直接測量，且測量精度較高。應用直流法來直接測量質子交換膜的電導率將會產生嚴重誤差，產生誤差的根源在于載流子的不同，測量過程容易產生電滲現象。大量研究表明以電化學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］。……