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直接甲醇燃料电池(DMFC)由于理论能量密度高、结构简单、燃料存储携带方便等特点在移动电源方面具有广阔的应用前景。膜电极(MEA)是DMFC的核心部件,甲醇从阳极向阴极的渗透(crossover)以及阴极水淹问题不仅直接影响MEA的性能,而且对DMFC的稳定性和使用寿命至关重要。本论文针对上述问题研究了无机/有机复合膜和具有一定自返水能力的MEA,提高了DMFC性能,同时还探索了MEA的热循环稳定性以及MEA批量制备方法。主要结论如下:(1)采用化学镀法成功地制备了Pd/Nafion复合膜,扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观测结果表明该复合膜兼具宏观复合和微观复合的特点,Pd层与Nafion层结合紧密。与Nafion 115膜相比,采用Pd/Nafion 115复合膜制备的MEA的甲醇渗透极限电流降低了36%,DMFC单池最大功率密度提高了2倍以上。(2)以Toray 060碳纸为支撑层制备了扩散层,通过PTFE和碳粉载量的调变,优化了扩散层的憎水性和孔结构,提高了扩散层的气体传输和排水能力。在60℃,常压低流量空气进料条件下,DMFC单池在100mA/cm~2时的电压由0.31V提高到0.40V以上。成功地制备了自返水结构的MEA,使DMFC阴极的水部分通过Nafion膜返回阳极,缓解了阴极的水淹,并在一定程度上抑制了甲醇渗透。(3)在热循环过程(-20℃~60℃)中MEA催化层的电化学活性表面积不断降低,Nafion膜与催化层之间局部发生剥离,扩散层的结构部分被破坏,电池性能不断下降。冷冻前进行干气吹扫操作可在一定程度上减缓电池性能的衰减速度。(4)初步探索了MEA批量化制备工艺,采用乙二醇作分散剂,有效地改善了催化剂浆液的粘度和流动性,通过丝网印刷法制备了表面平整、重现性良好的催化层。