掺杂型阴离子交换膜的制备及性能研究(2)
1.1 燃料电池
燃料电池（Fuel Cell，FC）是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将储存于燃料和氧化剂的化学能转化为电能的高效连续发电装置。其基本原理为等温地以电化学方式直接把化学能转化为电能。不涉及热机过程，因此其能量转换效率不受“卡诺循环”的限制[1]，并且具有低污染、高转化效率的特点。
经过几十年的发展研究，根据电解质的不同已经发展了许多不同类型的燃料电池。燃料电池按照不同的分类标准，有不同的名称。如以工作温度来划分，有低温（工作温度低于100℃）、中温（工作温度在100～300℃）和高温（工作温度在600～1000℃）燃料电池[1]。按照电解质分来划分，有聚合物电解质膜型燃料电池（PEMFC）（包括直接甲醇燃料电池（DMFC））、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物电池（SOFC）和碱性燃料电池（AFC）[2]。聚合物电解质膜燃料电池根据聚合物电解质膜的不同，分为质子交换膜燃料电池和阴离子交换膜燃料电池。由于质子交换膜燃料电池拥有快速启动性和高电功率密度，尤其是在交通系统、移动设备和固定电力设施领域得到了广泛的应用。然而，它仍然存有很多问题有待解决，例如现阶段的膜成本过高，水管理系统过于复杂，反应动力迟缓等等。另一方面，阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）使用非贵重金属作为催化剂，具有更低的燃料透过率和更好的稳定性，它的研究近年来备受关注[3]。
1.2 碱性阴离子交换膜燃料电池
传统碱性燃料电池采用KOH液体电解质，对CO2极其敏感，使用环境有严格限制；质子交换膜燃料电池由于采用酸性电解质，氧还原动力学的特性远远低于碱性环境，所以PEMFC在效率上不如传统的AFC[4]。针对目前AFC和PEMFC存在的不足之处，科学家们提出发展碱性阴离子交换膜燃料电池技术AEMFC，AEMFC技术的优势表现在：膜结构为高分子的聚合物，不含金属阳离子，对CO的适应能力高，可以使用纯氢、富氢气体、肼等多种燃料；在碱性介质中，氧自由基对聚合物膜的破坏被抑制，可选用无氟聚合物膜，制备成本低廉[5]